高中物理 第5章 第6节向心力课件 新人教版必修2.ppt

成才之路 物理 路漫漫其修远兮吾将上下而求索 人教版 必修2 曲线运动 第五章 1 1 1集合的概念 第六节向心力 第五章 1 1 1集合的概念 我们知道 月球受地球的引力 绕地球做匀速圆周运动 如图1 当你在光滑桌面上抡动细绳 使物体做匀速圆周运动时 如图2 作用在物体上的拉力 总是沿绳子指向圆心 是否做匀速圆周运动的物体 都受到指向圆心的力呢 这个力的大小与哪些因素有关呢 这一节我们就来研究这些问题 1 定义做匀速圆周运动的物体具有向心加速度 这个合力叫做向心力 产生向心加速度的原因是由于它受到了指向 的合力 2 方向向心力的方向始终沿着半径指向 与线速度方向 时刻发生改变 向心力 圆心 圆心 垂直 3 表达式fn 或fn 4 来源 1 向心力是根据力的 命名的 可以由重力 弹力 摩擦力等各种性质的力提供 2 匀速圆周运动中向心力可能是物体所受外力的 也可能是某个力的 m 2r 作用效果 合力 分力 1 变速圆周运动变速圆周运动物体所受合外力不等于向心力 合外力一般产生两个效果 1 跟圆周相切的分力ft 只改变线速度的大小 产生 加速度 此加速度描述线速度 的快慢 2 跟圆周切线垂直而指向圆心的分力fn 只改变线速度的方向 产生 加速度 变速圆周运动和一般的曲线运动 切向 大小变化 向心 2 一般的曲线运动的处理方法一般的曲线运动中 可以把曲线分割成许多很短的小段 每一小段可看做一小段 研究质点在这一小段的运动时 可以采用 的处理方法进行处理 圆弧 圆周运动 一 对向心力的理解1 向心力的作用效果改变线速度的方向 由于向心力始终指向圆心 其方向与物体运动方向始终垂直 故向心力不改变线速度的大小 2 向心力的特点 方向时刻在变化 总是与线速度的方向垂直 在匀速圆周运动中 向心力大小不变 向心力是变力 是一个按效果命名的力 5 向心力来源的实例分析 如图所示 在匀速转动的洗衣机圆桶内壁上有一衣物一起随桶转动且与桶壁保持相对静止 关于衣物所受向心力 下列说法正确的是 a 重力b 静摩擦力c 桶壁的支持力d 滑动摩擦力答案 c 解析 衣物做匀速圆周运动的圆面在过衣物所在位置的垂直于轴的平面内 圆心为与轴的交点 衣物受到重力 支持力和静摩擦力 重力和静摩擦力在竖直方向上不可能充当向心力 而支持力指向圆心 故支持力充当向心力 c正确 二 圆周运动的处理方法1 匀速圆周运动的特点线速度大小不变 方向时刻改变 角速度 周期 频率都恒定不变 向心加速度和向心力大小都恒定不变 但方向时刻改变 2 匀速圆周运动的性质 1 线速度仅大小不变而方向时刻改变 是变速运动 2 向心加速度仅大小恒定而方向时刻改变 是非匀变速曲线运动 3 匀速圆周运动具有周期性 即每经过一个周期物体都要重新回到原来的位置 其运动状态 如v a大小及方向 也要重复原来的情况 4 做匀速圆周运动的物体所受外力的合力大小恒定 方向总是沿半径指向圆心 3 从动力学角度处理匀速圆周运动的思路和方法 1 指导思路 凡是做匀速圆周运动的物体一定需要向心力 而物体所受外力的合力充当向心力 这是处理该类问题的理论基础 2 解题步骤 明确研究对象 对研究对象进行受力分析 画出受力示意图 由上海飞往美国洛杉矶的飞机在飞越太平洋上空的过程中 如果保持飞行速度的大小和距离海平面的高度均不变 则以下说法中正确的是 a 飞机做的是匀速直线运动b 飞机上的乘客对座椅的压力略大于地球对乘客的引力c 飞机上的乘客对座椅的压力略小于地球对乘客的引力d 飞机上的乘客对座椅的压力为零答案 c 三 变速圆周运动和一般曲线的运动1 匀速圆周运动和变速圆周运动的区别 1 由做曲线运动的条件可知 变速圆周运动中物体所受的合力与速度方向一定不垂直 当速率增大时 物体受到的合力与瞬时速度之间的夹角是锐角 当速率减小时 物体受到的合力与速度之间的夹角是钝角 2 匀速圆周运动和变速圆周运动受力情况的不同是 匀速圆周运动中 合力全部用来提供向心力 合力指向圆心 变速圆周运动中 合力沿着半径方向的分量提供向心力 合力通常不指向圆心 2 一般的曲线运动运动轨迹不是直线也不是圆周的曲线运动 称为一般的曲线运动 如图所示 汽车在高低不平的路面上行驶的运动通常是一个比较复杂的曲线运动 在这个复杂的曲线运动中取一小段研究 每一小段都可以看成是某个圆周的一部分 不同位置上所对应的 圆周运动 的 圆心 和 半径 是不同的 一般的曲线运动可以分成很多小段 每小段都可以看成圆周运动的一部分 即把整条曲线用一系列不同半径的小圆弧来代替 如图 a 所示 曲线上的a点的曲率圆定义为 通过a点和曲线上紧邻a点两侧的两点作一圆 在极限情况下 这个圆就叫做a点的曲率圆 其半径 叫做a点的曲率半径 现将一物体沿与水平面成 角的方向以速度v0抛出 如图 b 所示 则在其轨迹最高点p处的曲率半径是 答案 c 点评 本题考查运动的合成与分解知识及圆周运动规律的应用 充分体会一般的曲线运动的处理方法 对向心力的理解 解析 向心力是一种效果力 它可以是重力 弹力 摩擦力等各种性质的力 但应注意它不是物体受到的一个新力 a错 向心力只改变物体运动的方向 不改变速度的大小 故b对 物体做匀速圆周运动的向心力方向永远指向圆心 其大小不变 方向时刻改变 故c错 只有在匀速圆周运动中 合力提供向心力 而非匀速圆周运动中向心力并非物体受到的合力 故d错 答案 b 关于向心力的下列说法中正确的是 a 物体必须受到一个向心力的作用才能做圆周运动b 向心力是指向圆心方向的合外力 它是根据力的作用效果命名的c 向心力可以是重力 弹力 摩擦力等各种力的合力 也可以是某种力的分力d 向心力只能改变物体的运动方向 不可能改变运动的快慢答案 bcd 解析 向心力是根据力的作用效果命名的 而不是一种性质力 物体之所以能做匀速圆周运动 不是因为物体多受了一个向心力的作用 而是物体所受各种力的合外力始终指向圆心 从而只改变速度的方向而不改变速度的大小 故选项a错误 b c d三个选项均正确 向心力来源分析 a 小孩在p点不动 因此不受摩擦力的作用b 小孩随圆盘做匀速圆周运动 其重力和支持力的合力充当向心力c 小孩随圆盘做匀速圆周运动 圆盘对他的摩擦力充当向心力d 若使圆盘以较小的转速转动 小孩在p点受到的摩擦力不变 解析 由于小孩随圆盘做匀速圆周运动 一定需要向心力 该力一定指向圆心 而重力和支持力在竖直方向上 它们不能充当向心力 因此小孩会受到静摩擦力的作用 且充当向心力 选项a b错误 c正确 由于小孩随圆盘转动半径不变 当圆盘角速度变小 由f m 2r可知 所需向心力变小 选项d错误 答案 c点评 分析物体受力 只分析物体受的性质力 不能分析效果力 向心力只能由其他力充当 而不是物体实际受到的一个力 海南省海南中学2013 2014学年高一下学期期中 狗拉着雪橇在水平冰面上沿着圆弧形的道路匀速行驶 下图为四个关于雪橇受到的牵引力f及摩擦力ff的示意图 o为圆心 其中正确的是 答案 c解析 滑动摩擦力的方向与相对运动的方向相反 故滑动摩擦力的方向沿圆周的切线方向 b d错误 小滑块做匀速圆周运动 其合外力提供向心力 故c正确 a错误 处理圆周运动的基本方法 a 球a的线速度必定大于球b的线速度b 球a的角速度必定小于球b的角速度c 球a的运动周期必定小于球b的运动周期d 球a对筒壁的压力必定大于球b对筒壁的压力 由此可见 球的线速度随轨道半径的增大而增大 所以a球的线速度必定大于b球的线速度 a选项正确 球的角速度随半径的增大而减小 周期随半径的增大而增大 所以a球的角速度小于b球的角速度 a球的周期大于b球的周期 b选项正确 c选项不正确 答案 ab 点评 1 a b两球的向心加速度 线速度 角速度 周期 频率等物理量与球的质量无关 在相同的g 的情况下仅由轨道半径决定 2 由解题过程可见 圆周运动问题属于一般的动力学问题 无非是由物体的受力情况确定物体的运动情况 或者由物体的运动情况求解物体的受力情况 解题的思路就是 以加速度为纽带 运用牛顿第二定律和运动学公式列方程 求解并讨论 学习者应该把已经掌握的解决动力学问题的方法迁移到解决圆周运动的问题中 昆明一中2013 2014学年高一下学期期中 图甲为游乐场的悬空旋转椅 我们把这种情况抽象为图乙的模型 一质量m 40kg的球通过长l 12 5m的轻绳悬于竖直平面内的直角杆上 水平杆长l 7 5m 整个装置绕