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 m 2r 由v r得 注意单位 f n rad sr mv m 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 fncos mg水平方向 f合 m 2r 竖直方向 fncos mg水平方向 f合 m 2rsin 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 a a物体运动的线速度大小不变b a物体运动的角速度大小不变c b物体运动的角速度大小不变d b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 as 4cm s2aq 24cm 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 5 105kg 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