高中物理 第4章 第2节 向心力与向心加速度课件 鲁科版必修2.pptVIP

课下作业综合提升 第4章 第2节 新知预习 巧设计 名师课堂 一点通 创新演练 大冲关 要点一 要点二 随堂检测归纳小结 要点三 1 知道向心力 通过实例认识向心力的作用及其来源 2 通过实验理解向心力的大小与哪些因素有关 能运用向心力的公式进行计算 3 知道向心加速度及其公式 能运用牛顿第二定律分析匀速圆周运动的向心力和向心加速度 读教材 填要点 一 向心力及其方向1 定义做圆周运动的物体受到的始终指向的等效的力 2 方向始终指向 总是与运动方向 3 作用向心力只改变速度 不改变速度 圆心 圆心 垂直 方向 大小 4 来源向心力是根据命名的 它可以是重力 弹力 摩擦力等各种性质的力或它们的 也可以是某个力的 力的效果 合力 分力 二 向心力的大小 越大 越大 越大 正比 正比 m 2r 三 向心加速度1 定义做圆周运动的物体由向心力产生的加速度 它的方向与向心力的方向相同 始终指向 2 大小a 或a 3 方向与向心力方向相同 始终指向 所以不论a的大小是否变化 它都是一个变化的量 4 物理意义描述的快慢 圆心 2 圆心 线速度方向改变 试身手 夯基础 1 向心力是根据力的作用效果命名的 它可能是弹力 重力 也可能是摩擦力或其他性质的力 可以是它们的合力 也可以是它们中某个力的分力 向心力始终指向 与圆周运动的速度方向 因此向心力对物体 功 做匀速圆周运动的物体所受的 即为向心力 答案 圆心垂直不做合外力 2 关于向心加速度的说法正确的是 a 向心加速度越大 物体速率变化越快b 向心加速度的大小与轨道半径成反比c 向心加速度的方向始终与速度方向垂直d 在匀速圆周运动中向心加速度是恒量 答案 c 3 如图4 2 1所示 长0 40m的细绳 一端拴一质量为0 20kg的小球 在光滑水平面上绕绳的另一端做匀速圆周运动 若运动的角速度为5 0rad s 小球做匀速圆周运动所需的向心力f 这个力由 来提供 图4 2 1 解析 由向心力公式f mr 2 0 2 0 4 52n 2 0n小球在水平面内做圆周运动 竖直方向的重力和支持力平衡 水平方向绳的拉力提供向心力 答案 2 0n绳的拉力 对向心力及来源的理解 1 向心力总是指向圆心 而线速度沿圆周的切线方向 故向心力始终与线速度垂直 所以向心力的作用效果只是改变物体线速度的方向而不改变线速度的大小 向心力不是恒力 而是变力 3 向心力是根据力的作用效果命名的 从提供方面看 它可以是重力 弹力 摩擦力等各种性质的力 也可以是它们的合力 还可以是某个力的分力 因此 在对物体进行受力分析时不能说物体还受到一个向心力的作用 1 向心力可以由重力提供 如用细线拴住小球在竖直面内转动 当它经过最高点时 若绳的拉力恰好为零 则此时向心力由重力提供 f向 g 如图4 2 2 a 2 向心力可以由弹力提供 如用细线拴住小球在光滑的水平面内做匀速圆周运动 向心力由绳的拉力t 即弹力 提供 即f向 t 如图 b 图4 2 2 3 向心力可以由摩擦力提供 如物体随转盘做匀速圆周运动 且物体相对转盘静止 向心力由转盘对物体的静摩擦力提供 即f向 f 如图 c 4 向心力可以由合力来提供 如细线拴住小球在竖直面内做匀速圆周运动 当小球经过最低点时向心力由绳的拉力t和重力g的合力提供 即f向 t g 如图 d 5 向心力可由某个力的分力提供 小球在细线作用下 在水平面内做圆锥摆运动 向心力由绳的拉力在水平面内的分力提供 即f向 f1 如图 e 名师点睛 不是因为物体做圆周运动才产生向心力 而是因为向心力的作用迫使物体不断改变速度方向而做圆周运动 1 如图4 2 3所示 在绕竖直轴匀速转动的水平圆盘上 离轴心r 20cm处放置一小物块a 其质量为m 2kg a与圆盘间相互作用的静摩擦力的最大值为其重力的k倍 k 0 5 试求 1 当圆盘转动的角速度 1 2rad s时 物块a与圆盘间的静摩擦力为多大 方向如何 2 欲使物块a与圆盘间不发生相对滑动 则圆盘转动的最大角速度为多大 取g 10m s2 图4 2 3 思路点拨 物块随圆盘一起绕轴转动 需要向心力 而竖直方向物块受到的重力mg 支持力n不可能提供向心力 向心力只能来源于圆盘对物块的静摩擦力 解析 1 根据牛顿第二定律可得物块受到的静摩擦力的大小为f f向 m r 1 6n 方向沿半径指向圆心 2 欲使物块与圆盘间不发生相对滑动 物块做圆周运动所需的向心力不能大于最大静摩擦力 所以有 答案 1 1 6n 方向沿半径指向圆心 2 5rad s 在求解有关向心力问题时 首先要明确向心力的来源 即哪些力提供向心力 然后确定向心力的方向 最后应用向心力公式进行求解 求解时需注意 向心力是效果力 受力分析时不可在物体的相互作用力之外再添加一个向心力 对向心加速度的理解 名师点睛 1 向心加速度是匀速圆周运动的瞬时加速度而不是平均加速度 2 匀速圆周运动的向心加速度是物体运动的实际加速度 而非匀速圆周运动的向心加速度是实际加速度沿半径方向的分量 2 如图4 2 4为质点p q做匀速圆周运动时向心加速度随半径变化的图像 表示质点p的图像是双曲线 表示质点q的图像是过原点的一条直线 由图像可知 a 质点p的线速度大小不变b 质点p的角速度大小不变c 质点q的角速度随半径变化d 质点q的线速度大小不变 图4 2 4 思路点拨 求解本题的关键是明确圆周运动中向心加速度与线速度 角速度 半径之间的关系 答案 a 匀速圆周运动的研究方法以及与变速圆周运动的区别 1 对匀速圆周运动的进一步理解 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 质点做匀速圆周运动的条件合外力的大小不变 方向始终与速度方向垂直且指向圆心 匀速圆周运动仅是速度的方向变化而速度的大小不变的运动 所以只存在向心加速度 因此向心力就是做匀速圆周运动的物体所受的合外力 2 匀速圆周运动的研究方法 1 基本思路 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 2 解题步骤 明确研究对象 必要时要将它从转动系统中隔离出来 找出物体做圆周运动的轨道平面 找出圆心和半径 分析运动物体的受力情况 从中确定是哪些力起向心力作用 千万别臆想出一个向心力来 3 做非匀速圆周运动的物体合外力与向心力的关系合力不再是向心力 如图4 2 5所示 物体在细线作用下 在竖直面内做圆周运动 经过某一位置时受力如图所示 把f合沿半径方向 法向 和切线方向 切向 进行分解 切向分力与速度方向在同一直线上 产生切向加速度 改变速度大小 法向分力提供向心力 沿半径方向 产生向心加速度 改变速度方向 图4 2 5 3 绳子一端系一小球 另一端固定于悬点o 让小球在水平面内做匀速圆周运动 如图4 2 6所示 绳子的运动轨迹是圆锥面 所以这个运动装置叫圆锥摆 1 小球做圆周运动的向心力由哪些力提供 2 当绳子l与竖直方向的夹角为 时 小球的运动周期是多少 审题指导 分析此题的关键是弄清研究对象 小球 注意 水平面内 匀速圆周 等关键词语 图4 2 6 明确圆周平面 圆心和半径是解题的基础 分析小球的受力情况 明确向心力的来源是解题的关键 1 向心力是按效果命名的力 不是凭空产生的 是物体所受力沿半径方向的合外力 在没有切向力的情况下 向心力就是合外力 2 向心加速度不一定是物体的实际加速度 因