高中物理 第六节 向心力课件 新人教版必修2.ppt

物理 必修2 人教版 第五章曲线运动第六节向心力 栏目链接 情景切入 在2011年4月29日召开的铁路自主创新新闻发布会上获悉 我国已经在时速200千米的技术平台上 自主创新研制时速300千米动车组 2007年年底 国内首列时速300千米动车组已问世 据介绍 这些时速300千米动车组国产占有率达到80 以上 已经在京津 武广 京沪等客运专线上投用 成为我国高速客运的主力车型 设计这些动车转弯时 就用到了圆周运动的相关知识 栏目链接 栏目链接 课标点击 栏目链接 1 理解向心力的概念 2 知道向心力的大小与哪些因素有关 会分析向心力的来源 理解向心力公式的确切含义并能用来计算 3 在变速圆周运动中 会用相关公式求质点在圆周上某一点的向心力和向心加速度 栏目链接 栏目链接 课前导读 1 定义 做匀速圆周运动的物体受到的指向 的合外力 2 作用效果 产生 不断改变线速度的 3 方向 总是沿半径指向 4 大小 f向 5 向心力是按 来命名的 栏目链接 一 向心力 圆心 向心加速度 方向 圆心 作用效果 课前导读 做变速圆周运动的物体所受的合力并不指向圆心 此时合力f可以分解为互相垂直的两个力 跟圆周相切的分力ft和指向圆心方向的分力fn 1 fn产生 加速度 与速度方向垂直 改变速度的方向 2 ft产生 加速度 与速度方向在一条直线上 改变速度的大小 栏目链接 二 变速圆周运动 向心 切向 课前导读 3 物体做加速圆周运动时 合力方向与速度方向的夹角 90 如图甲所示 其中ft只改变速度的大小 fn只改变速度的方向 fn产生的就是向心加速度 栏目链接 小于 课前导读 同理 物体做减速圆周运动时 合力方向与速度方向的夹角 90 如图乙所示 其中ft只改变速度的大小 fn只改变速度的方向 栏目链接 大于 课前导读 1 定义 运动轨迹既不是 也不是 的曲线运动 2 处理方法 将曲线运动分成许多小段 每一小段都可看成 的一部分 栏目链接 三 一般曲线运动 直线 圆周 圆周运动 栏目链接 问题探究 问题一向心力有什么特点 向心力的来源有哪些 栏目链接 1 向心力的特点 1 向心力是按力的作用效果来命名的力 它不是具有确定性质的某种力 相反 任何性质的力都可以作为向心力 例如 小铁块在匀速转动的圆盘内保持相对静止的原因是静摩擦力充当向心力 2 向心力的作用效果是改变线速度的方向 做匀速圆周运动的物体所受的合外力即为向心力 其方向一定指向圆心 是变化的 线速度大小变化的非匀速圆周运动的物体所受的合外力不指向圆心 它既要改变速度方向 同时也改变速度的大小 即产生法向加速度和切向加速度 问题探究 栏目链接 3 向心力可以是某几个力的合力 也可以是某个力的分力 例如 用细绳拴着质量为m的物体 在竖直平面内做圆周运动到最低点时 其向心力由绳的拉力和物体的重力 f向 f拉 mg 两个力的合力充当 2 向心力的来源分析 1 任何一种力或几种力的合力 它使物体产生向心加速度 2 若物体做匀速圆周运动 其向心力必然是物体所受的合力 它始终沿着半径方向指向圆心 并且大小恒定 问题探究 栏目链接 3 若物体做非匀速圆周运动 其向心力则为物体所受的合力在半径方向上的分力 而合力在切线方向的分力则用于改变线速度的大小 以下用几个实例来分析 弹力提供向心力 如图所示 在光滑水平面上的o点系上绳子的一端 绳子另一端系一小球 使小球在桌面上做匀速圆周运动 则小球做匀速圆周运动的向心力由绳子的拉力 弹力 提供 问题探究 栏目链接 静摩擦力提供向心力 如图所示 木块随圆盘一起做匀速圆周运动 其向心力由静摩擦力提供 静摩擦力总是沿半径指向圆心 这说明木块相对圆盘的运动趋势方向是沿半径背向圆心 因为静摩擦力的方向与相对运动趋势方向相反 汽车在水平面上拐弯时所需的向心力就是由路面施加的静摩擦力提供的 问题探究 栏目链接 合力提供向心力 实际上 上述几种情况均是由合力提供向心力的 只不过物体所受的合力就等于其中某个力而已 物体做匀速圆周运动时 其合力必然等于所需的向心力 只不过有时合力不易求出 必须应用平行四边形定则才能求得 如图所示 汽车过拱桥经最高点时 其向心力由重力和支持力的合力提供 问题探究 栏目链接 向心力由分力提供 如图所示 物体在竖直面内的光滑轨道内做圆周运动 经过a点时 向心力由轨道施加的支持力和重力在半径方向的分力提供 即fn fn g1 问题探究 栏目链接 名师提示 向心力并不是一种特殊性质的力 它是根据力的作用效果命名的 向心力可以是重力 弹力 摩擦力等各种性质的力 也可以是几个力的合力 还可以是某个力的分力 没有单独存在的另外的向心力 在对物体进行受力分析时 不能额外地加个向心力 问题探究 栏目链接 尝试应用 1 双选 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 知识解惑 问题二怎样解决圆周运动问题 栏目链接 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解基础 2 解题步骤 1 明确研究对象 对研究对象进行受力分析 画出受力示意图 2 将物体所受外力通过力的分解将其作用在两条直线上 其中一部分力沿半径方向 知识解惑 栏目链接 知识解惑 栏目链接 名师提示 解决匀速圆周运动相关问题的方法就是解决动力学问题的一般方法 其解决问题的步骤也是解决动力学问题的步骤 但要注意灵活运用匀速圆周运动的一些运动学规律 同时在解题的过程中要弄清匀速圆周运动问题的轨道平面 圆心和半径等 问题探究 2 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 如图甲所示 曲线上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 如图乙所示 在其轨迹最高点p处的曲率半径是 尝试应用 栏目链接 问题探究 c 栏目链接 栏目链接 知识解惑 题型1向心力来源分析 例1一个圆盘绕通过圆盘的中心o且垂直于盘面的竖直轴匀速转动 在圆盘上距o点为r处放一个质量为m的物块 物块随着圆盘一起做匀速圆周运动 如图所示 1 物块受几个力作用 力的方向如何 2 向心力由什么力提供 3 如果物块与圆盘之间的动摩擦因数为 则当圆盘的角速度大于多少时 物块与圆盘之间开始滑动 栏目链接 知识解惑 栏目链接 知识解惑 栏目链接 知识解惑 名师归纳 圆周运动中对向心力进行分析 往往是解题的关键 向心力的来源及作用可归纳如下 1 向心力可能是物体受到的某一个力或某几个力的合力 也可能是某一个力的分力 2 物体做匀速圆周运动时 合外力一定是向心力 方向指向圆心 只改变速度的方向 3 物体做变速圆周运动时 合外力沿半径方向的分力充当向心力 改变速度的方向 合外力沿轨道切线方向的分力改变速度的大小 栏目链接 知识解惑 变式应用 栏目链接 cd 1 双选 如图所示 一小球用细绳悬挂于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 重力和绳拉力的合力c 重力和绳拉力的合力沿绳方向的分力d 绳的拉力和重力沿绳方向分力的