教科版必修2 2.2　匀速圆周运动的向心力和向心加速度 课件（33张）.ppt

第2节匀速圆周运动的向心力和向心加速度 自主学习 课堂探究 达标测评 自主学习课前预习 感悟新知 教师参考 目标导航 重点 向心力 向心加速度的分析及计算难点 向心力的来源 情境链接如图所示 汽车正在匀速率转弯 小球正在绳子拉力作用下做匀速圆周运动 请思考 1 它们分别受哪些力作用 其合力有什么作用 2 物体做匀速圆周运动时 它所受的向心力的大小 方向有什么特点 向心加速度的大小和方向有什么特点 信息1 汽车受重力 支持力及摩擦力作用 小球受重力和绳的拉力作用 它们所受的合外力使它们做匀速圆周运动 其合外力提供向心力 2 向心力大小一定 方向指向圆心 向心加速度大小一定 方向指向圆心 教材梳理 一 向心力1 定义 物体做匀速圆周运动时受到的始终指向的合力 2 方向 始终指向圆心 总与速度方向 3 效果 只改变速度的 不改变速度的 4 来源 可以由弹力提供 也可以由的力提供 可以由一个力提供 也可以由几个力的提供 还可以由一个力的分力提供 圆心 垂直 方向 大小 其他性质 合力 想一想向心力就是物体受的力 这种说法对吗 答案 不对 向心力是根据力的作用效果命名的 它不是物体受的某个力 它可以由某个力 某个力的分力或几个力的合力来提供 二 向心力的大小实验探究 大 大 大 半径 角速度的平方 质量 议一议甲同学根据向心力公式f m 2r说f与r成正比 乙同学根据公式f m说f与r成反比 请问哪个同学说得对 答案 两同学的说法都必须在一定条件下才成立 甲的说法应在 一定时 乙的说法应在v一定时 三 向心加速度1 定义 做匀速圆周运动的物体 在作用下产生的加速度 2 物理意义 描述线速度改变的快慢 向心力 方向 3 大小 1 从动力学角度a 2 从运动学角度a 或a 2r 2r 2 f 2r 2 n 2r 4 方向 总是沿着圆周的半径指向 即方向始终与运动方向 方向时刻改变 所以匀速圆周运动一定是变加速运动 圆心 垂直 想一想匀速圆周运动的向心加速度是恒定的吗 答案 不是 其大小一定 方向时刻指向圆心 方向时刻变化 1 匀速圆周运动的加速度方向是不变化的 2 匀速圆周运动是匀变速曲线运动 3 根据公式a 2r知加速度a与半径r成正比 4 匀速圆周运动的合力提供向心力 5 向心力可以由重力或弹力等来充当 是效果力 思考判断 6 根据公式f m知向心力f与半径r成反比 答案 1 2 3 4 5 6 要点一 向心力来源及其大小 课堂探究核心导学 要点探究 问题导学 如图所示 甲 图表示物体在圆盘上随圆盘一起匀速转动 乙 图表示小球在光滑漏斗内壁上做匀速圆周运动 请思考 1 它们运动所需要的向心力分别由什么力提供 2 向心力大小的表达式有哪些 答案 1 圆盘上的物体的向心力由盘的静摩擦力提供 小球的向心力由重力与内壁弹力的合力提供 要点归纳 1 向心力的大小 2 向心力来源物体做圆周运动时 向心力由物体所受力中沿半径方向的力提供 几种常见的匀速圆周运动的实例如下 3 求解匀速圆周运动问题的一般步骤 1 明确研究对象 确定轨道圆心 半径 2 对研究对象进行受力分析 利用力的合成或力的分解求出合力 3 根据题给条件 表示出物体所需要的向心力 4 根据f合 f向列式并求解 典例1 对做圆周运动的物体所受的向心力说法正确的是 a 因向心力总是沿半径指向圆心 且大小不变 故向心力是一个恒力b 因向心力指向圆心 且与线速度方向垂直 所以它不能改变线速度的大小c 向心力是物体所受的合外力d 向心力和向心加速度的方向都是不变的 思路点拨 1 向心力的方向指向圆心 向心力的方向是变化的 2 向心力改变了线速度 且只改变线速度的方向 不改变线速度的大小 解析 做匀速圆周运动的物体所受的向心力大小恒定 方向总是指向圆心 是一个变力 故a错 向心力只改变线速度的方向 不改变线速度的大小 故b正确 只有做匀速圆周运动的物体其向心力是由物体所受合外力提供 故c错 向心力与向心加速度的方向总是指向圆心 是时刻变化的 故d错 b 规律方法向心力的理解及与外力的关系 1 向心力是按力的效果命名的 它不是某种确定的性质力 可以由某个性质力来提供 也可以由某个力的分力或几个力的合力来提供 2 对于匀速圆周运动 合外力提供物体做匀速圆周运动的向心力 对于非匀速圆周运动 其合外力一般不指向圆心 它既要改变线速度的大小 又要改变线速度的方向 向心力仅是合外力的一个分力 3 无论匀速圆周运动还是非匀速圆周运动 物体所受各力沿半径方向分力的矢量和提供向心力 教师备用 例1 1 做匀速圆周运动的物体 它所受的向心力的大小必定与 a 线速度平方成正比b 角速度平方成正比c 运动半径成反比d 线速度和角速度的乘积成正比 d 例1 2 多选 一个内壁光滑的圆锥形筒的轴线垂直水平面 圆锥筒固定 有质量相同的小球a和b沿着筒的内壁在水平面内做匀速圆周运动 如图所示 a的运动半径较大 则 a a球的角速度必小于b球的角速度b a球的线速度必小于b球的线速度c a球的运动周期必大于b球的运动周期d a球对筒壁的压力必大于b球对筒壁的压力 ac 针对训练1 1 多选 球a和球b可在光滑杆上无摩擦滑动 两球用一根细绳连接如图所示 球a的质量是球b的两倍 当杆以角速度 匀速转动时 两球刚好保持与杆无相对滑动 那么 解析 因为杆光滑 两球的相互拉力提供向心力 所以fa fb 故选项a错误 由f m 2r ma 2mb 得rb 2ra 故选项b正确 当a球质量增大时 球a向外运动 故选项c正确 当 增大时 球b不会向外运动 故选项d错误 bc a 球a受到的向心力大于球b受到的向心力b 球a转动的半径是球b转动半径的一半c 当a球质量增大时 球a向外运动d 当 增大时 球b向外运动 要点二 向心加速度的理解和计算 问题导学 如图所示 小球在光滑水平面上做匀速圆周运动 请思考 1 向心加速度的物理意义是什么 2 匀速圆周运动中向心加速度变化吗 答案 1 向心加速度是描述物体的速度方向改变快慢的物理量 2 向心加速度大小不变 方向时刻发生变化 要点归纳 2 物体做匀速圆周运动时 向心加速度就是物体运动的合加速度 3 物体做非匀速圆周运动时 合加速度必有一个沿切线方向的分量和指向圆心方向的分量 其指向圆心方向的分量就是向心加速度 a r 2适用于所有圆周运动 式中的v指某个瞬间的瞬时速度大小 a即指与v对应的向心加速度大小 典例2 多选 如图所示 一个球绕中心轴线oo 以角速度 做匀速圆周运动 则 a a b两点线速度相同b a b两点角速度相同 c 若 30 则a b两点的线速度之比va vb 2d 若 30 则a b两点的向心加速度之比aa ab 2 bcd 思路点拨 1 同一转动物体上所有点的角速度 和周期t都是相同的 2 同轴转动质点之间比较线速度 向心加速度大小一般应使用v r a 2r或a 思维总结在利用图像解决物理问题时 要注意充分挖掘图像中所携带的信息 如 一个量随另一个量如何变化 变化的确切数量关系 斜率多大 其物理意义是什么 截距 面积各有什么意义等 同时还要注意把物理图像和具体的物理情境结合起来考虑应该选取哪一个规律或公式解决问题 教师备用 例2 1 多选 自行车的大齿轮 小齿轮 后轮三个轮子的半径不一样 它们的边缘上有三个点a b c 向心加速度随半径变化图像如图所示 可以知道 a a b两点加速度关系满足甲图线b a b两点加速度关系满足乙图线c b c两点加速度关系满足甲图线d b c两点加速度关系满足乙图线 ad 解析 a b两点线速度相等 根据a 可知选项a正确 b错误 b c两点角速度相等 根据a 2r可知选项c错误 d正确 针对训练2 1 多选 如图所示为摩擦传动装置 b轮转动时带动a轮跟着转动 已知转动过程中轮缘间无打滑现象 下述说法中正确的是 a a b两轮转动的方向相同b a与b转动方向相反c a b转动的角速度之比为1 3d a b轮缘上点的向心加速度之比为3 1 bc 达标测评随堂演练 检测效果 1 关于向心加速度 下列说法正确的是 a 由a 知 匀速圆周运动的向心加速度恒定b 匀速圆周运动不属于匀速运动c 向心加速度越大 物体速率变化越快d 做圆周运动的物体 加速度时刻指向圆心 b 解析 向心加速度是矢量 且方向始终指向圆心 因此为变量 所以a错 匀速运动是匀速直线运动的简称 匀速圆周运动其实是匀速率圆周运动 存在向心加速度 故b正确 向心加速度不改变速率 故c错 只有匀速圆周运动加速度才时刻指向圆心 故d错 2 下列关于做匀速圆周运动的物体所受向心力的说法中 正确的是 a 物体除受其他的力外还要受到一个向心力的作用b 物体所受的合力提供向心力c 向心力是一个恒力d 向心力的大小一直在变化 b 解析 向心力是一个效果力 并不单独存在 故a错误 做匀速圆周运动的物体所受合力提供向心力 大小不变 方向时刻指向圆心 故b正确 c d错误 3 多选 关于质点做匀速圆周运动的下列说法中正确的是 a 由a 可知 a与r成反比b 由a 2r可知 a与r成正比c 当v一定时 a与r成反比d 由 2 n可知 角速度 与转速n成正比 cd 解析 只有当线速度一定时 a与r成反比 只有当角速度一定时 a与r成正比 故a b错误 c正确 公式 2 n中 2 为常数 所以角速度 与转速n成正比 故d正确 4 如图所示 物块在水平圆盘上 与圆盘一起绕固定轴匀速转动 下列说法中正确的是 a 物块处于平衡状态b 物块受三个力作用c 在角速度一定时 物块到转轴的距离越远 物块越不容易脱离圆盘d 在物块到转轴距离一定时 物块运动周