陕西省安康市石泉县高中物理 第2章 研究圆周运动 2.2 研究匀速圆周运动的规律（问题探究式）课件 沪科版必修2.ppt

第二章研究圆周运动,第二节研究匀速圆周运动的规律,匀速圆周运动的实质是什么?,那么做匀速圆周运动的物体所受的合力有何特点？加速度又怎样呢？,匀速圆周运动是变速曲线运动,变速曲线运动,运动状态改变,一定受到外力,一定存在加速度,复习提问,问题探究,一、向心加速度,问题探究,地球受到什么力的作用?这个力可能沿什么方向?,应该受到指向太阳的引力作用,问题探究,小球受到几个力的作用?这几个力的合力沿什么方向?,小球受到重力、支持力和绳子的拉力三个力的作用，其合力即为绳子的拉力，其方向指向圆心,一、向心加速度,问题探究,加速度的定义式是什么？,a的方向与v的方向相同,如何确定v的方向?,速度的变化量v,一、向心加速度,曲线运动中的速度的变化量：,作法：从同一点作出物体在一段时间的始末两个速度矢量v1和v2，从初速度v1的末端至末速度v2的末端所作的矢量就是速度的变化量v.,直线运动中的速度的变化量：,v1=3m/s,水平向东;v2=5m/s,水平向东.,v1=5m/s,水平向东;v2=3m/s,水平向东.,v1,v,v2,v=2m/s,v=-2m/s,一、向心加速度,一、向心加速度,1、定义：做匀速圆周运动的物体加速度指向圆心，这个加速度称为向心加速度,4、物理意义：描述速度方向变化的快慢,2、符号：an,3、方向：始终指向圆心,5、说明：匀速圆周运动加速度的大小不变，方向时刻改变，所以匀速圆周运动不是匀变速运动，是变加速运动,指向圆心,一、向心加速度,向心加速度的表达式：,问题探究,一、向心加速度,向心加速度的表达式：,v不变时，an与r成反比,不变时，an与r成正比,问题探究,一、向心加速度,小球受哪些力？合外力有何特点？,想一想,轻绳栓一小球,在光滑水平面做匀速圆周运动。,看一看,二、向心力,G,FN,F,小球受力分析：,O,FN与G相抵消，所以合力为F,分析：绳子对球有指向圆心的力,合力,二、向心力,O,F,F,F,v,v,v,O,小球受力分析：,结论：做匀速圆周运动的小球，合外力指向圆心，,与速度v垂直,二、向心力,向心力是不是像重力、弹力、摩擦力那样按性质来命名的？,【牢记】：向心力是，它是物体所受力的合力.向心力的作用效果是只改变速度的，不改变速度的.,匀速圆周运动的合力有何特点？,【牢记】：匀速圆周运动的合力大小不变，方向沿半径指向圆心，方向时刻变化，是一变力.,效果力,方向,大小,问题探究,问题探究,二、向心力,2、向心力的方向：,3、向心力的来源：,向心力不是一种特殊的力，它可能是重力或弹力或摩擦力，或者是某个力的分力，还可能是它们的合力.,沿半径指向圆心，即垂直于质点的运动方向,1、向心力定义：,做匀速圆周运动的物体所受到的指向圆心的合外力，叫向心力.,方向时刻发生变化，是变力.,二、向心力,向心力是根据力的作用效果来命名的，受力分析时不要把向心力当作一个独立的力.,注意：,4、向心力的作用效果:,只改变v的方向,不改变v的大小,为什么？,因为在运动方向上所受的合外力为0，这个方向上的加速度也为0，所以速度大小不变，只改变速度方向.,二、向心力,向心力的大小跟哪些因素有关？,验证：,猜想：,可能与m、r、v有关,控制变量法,问题探究,二、向心力,向心力的大小跟哪些因素有关？,二、向心力,向心力的大小：,F=m2r,由v=r得,注意单位,FNrad/srmvm/s,F=mv2/r,二、向心力,向心加速度,向心力,牛顿第二定律,理论推导,mg,FN,f,摩擦力f提供了向心力,实例分析1,mg,三、学以致用：实例分析,mg,f,FN,FN提供向心力,实例分析2,三、学以致用：实例分析,实例分析3,F合mgtan,竖直方向:FNcosmg水平方向:F合=m2r,竖直方向：FNcosmg水平方向：F合=m2Rsin,沿光滑漏斗或碗内壁做圆周运动的小球,三、学以致用：实例分析,例题精讲,例1、下列关于向心加速度的说法中，正确的是（）A、向心加速度的方向始终与速度的方向垂直B、向心加速度的方向保持不变C、在匀速圆周运动中，向心加速度是恒定的D、在匀速圆周运动中，向心加速度的大小不断变化,A,A、受重力、支持力B、受重力、支持力和指向圆心的摩擦力C、受重力、支持力、向心力、摩擦力D、以上均不正确,例2、如图所示，小物体A与圆盘保持相对静止，跟着圆盘一起作匀速圆周运动，则A的受力情况是（）,B,例题精讲,例3、如图所示装置中，三个轮的半径分别为r、2r、4r，b点到圆心的距离为r，求图中a、b、c、d各点的加速度之比.,例题精讲,例4、画出下列物体所受的向心力,F拉,G,F拉,G,N,f,G,N,N,G,G,N,F向=F拉,F向,F向=f,G,N,F向,F向,F向,例题精讲,训练巩固,1关于做匀速圆周运动物体的向心加速度方向，下列说法正确的是()A与线速度方向始终相同B与线速度方向始终相反C始终指向圆心D始终保持不变,C,2.如图所示，为A、B两质点做匀速圆周运动的向心加速度随半径变化的图象，其中A为双曲线的一个分支，由图可知()AA物体运动的线速度大小不变BA物体运动的角速度大小不变CB物体运动的角速度大小不变DB物体运动的线速度大小不变,AC,训练巩固,3关于做匀速圆周运动的物体所受的向心力，下列说法正确的是()A向心力是一个恒力B因向心力指向圆心，且与线速度垂直，所以它不能改变线速度的大小C向心力是物体所受的合力D向心力和向心加速度的方向都是不变的,BC,训练巩固,4.如图所示，一个大轮通过皮带拉着小轮转动，皮带和两轮之间无滑动，大轮的半径是小轮的2倍，大轮上的一点S与转动轴的距离是半径的1/3，当大轮边上P点的向心加速度是12cm/s2时，大轮上的S点和小轮边缘上的Q点的向心加速度分别为多大？,答案aS4cm/s2aQ24cm/s2,训练巩固,5.如图所示，一小球用轻绳悬挂于O点，将其拉离竖直位置一个角度后释放，则小球以O点为圆心做圆周运动，运动中小球所需的向心力是()A绳的拉力B重力和绳的拉力的合力C重力和绳的拉力的合力沿绳方向的分力D绳的拉力和重力沿绳方向的分力的合力,CD,训练巩固,6.一列火车质量为500t，拐弯时沿着圆弧形轨道前进，圆弧半径为375m，通过弯道时车速为54km/h，火车所需要的向心力是多大？产生的向心加速度是多大？,解：火车拐弯时v=54km/h=15m/s,m=500t=5105kg.,向心加速度,向心力,7.如图所示，有一质量为m的小球在光滑的半球形碗内做匀速圆周运动，轨道平面在水平面内。已知小球与半球形碗的球心O的连线跟竖直方向的夹角为，半球形碗的半径为R，求小球做圆周运动的速度及碗壁对小球的弹力.,FN,mg