教科版必修2 第二章2 匀速圆周运动的向心力和向心加速度 课件（34张）.ppt

2匀速圆周运动的向心力和向心加速度 第二章匀速圆周运动 学习目标 第二章匀速圆周运动 一 什么是向心力1 感受向心力 用细绳拴接一个小物体 在光滑桌面上抡动细绳使小物体做圆周运动 会感觉到拉力的方向指向 减小旋转速度而保持半径不变 拉力 增大旋转半径而保持旋转速度不变 拉力 换质量较大的物体进行实验 拉力 圆心 减小 增大 增大 2 圆周运动实例分析 1 月球绕地球做匀速圆周运动 月球受地球的力是 方向由月球中心指向地球中心 2 旋转秋千 在水平面内做匀速圆周运动 受 和吊绳的 这两个力的合力指向圆周运动的圆心 3 向心力的含义 做匀速圆周运动的物体受到方向始终指向 的合力 4 向心力的来源向心力可以由 提供 也可以由其他性质的力提供 可以由一个力提供 也可以由几个力的 提供 万有引力 重力 拉力 圆心 弹力 合力 二 向心力的大小1 实验探究 1 探究目的 探究向心力的大小f与质量m 角速度 和半径r之间的关系 2 实验方法 法 3 实验过程 保持 r相同 研究向心力f与小球质量m之间的关系 保持m r相同 研究向心力f与角速度 之间的关系 保持 m相同 研究向心力f与半径r之间的关系 4 实验结论 做匀速圆周运动所需向心力的大小 在质量和角速度一定时 与半径成 比 在质量和半径一定时 与角速度的平方成 比 在半径和角速度一定时 与质量成 比 控制变量 正 正 正 m 2r 3 向心力的方向 始终指向 与 方向垂直 4 向心力的作用 只改变速度的 不改变速度的 圆心 速度 方向 大小 三 向心加速度1 定义 做匀速圆周运动的物体 在 的作用下产生的加速度 3 方向 与向心力的方向相同 指向圆心 向心力 2r 提示 他们两人的观点都不准确 当v一定时 a与r成反比 当 一定时 a与r成正比 对向心力的理解 学案导引1 向心力是物体所受的力吗 2 随转盘转动的物体 向心力是由谁提供的 1 向心力是效果力 1 向心力因其方向时刻指向圆心而得名 故它为效果力 2 向心力总是指向圆心 而线速度是沿圆周的切线方向 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速度的方向 而不改变速度的大小 2 向心力的来源 1 向心力是从力的作用效果命名的 凡是产生向心加速度的力 不管属于哪种性质 都是向心力 它可以是重力 弹力等各种性质的力 也可以是它们的合力 还可以是某个力的分力 2 当物体做匀速圆周运动时 合外力就是向心力 当物体做变速圆周运动时 合外力指向圆心的分力就是向心力 3 向心力是变力向心力的方向指向圆心 与线速度方向垂直 方向时刻在改变 故向心力为变力 解析 向心力是效果力 不是新力 向心力就是做匀速圆周运动的物体所受的合外力 b正确 a错 向心力是做匀速圆周运动的物体线速度变化的原因 c正确 向心力必须大小不变 才能保证物体做匀速圆周运动 d错 ad 方法总结向心力可由其他一切力提供 也可以是由其他力的合力或分力提供 当物体做匀速圆周运动时 合外力提供向心力 它沿着半径的方向指向圆心 并且大小恒定 当物体做变速圆周运动时 合外力指向圆心的分力提供向心力 而合外力在切线方向上的分力用以改变速度的大小 1 2014 安庆高一检测 在水平面上 小猴拉着小滑块做匀速圆周运动 o点为圆心 能正确地表示小滑块受到的牵引力及摩擦力f的图是 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a正确 c错误 a 对向心加速度的理解 学案导引1 向心加速度改变速度的大小吗 2 因为加速度是矢量 其加减运算遵守什么定则 特别提醒 1 无论是匀速圆周运动 还是变速圆周运动都有向心加速度 且方向都指向圆心 2 做变速圆周运动的物体 加速度并不指向圆心 该加速度有两个分量 一是向心加速度 二是切向加速度 切向加速度改变速度大小 如图所示为质点p q做匀速圆周运动时向心加速度随半径变化的图线 表示质点p的图线是双曲线 表示质点q的图线是过原点的一条直线 由图线可知 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 解析 由图像知 质点p的向心加速度随半径r的变化曲线是双曲线 因此可以断定质点p的向心加速度ap与半径r的乘积是一个常数k 即质点p的加速度与半径成反比 亦即质点的线速度大小不变 a选项正确 b错误 同理 知道q质点的向心加速度与r成正比 故可知质点q的角速度保持不变 因此选项c d皆不正确 答案 a方法总结 1 当匀速圆周运动的半径一定时 向心加速度的大小与角速度的平方成正比 也与线速度的平方成正比 2 当角速度一定时 向心加速度与运动半径成正比 3 当线速度一定时 向心加速度与运动半径成反比 4 当运动半径一定时 向心加速度随周期的减小而增大 b 学案导引1 匀速圆周运动线速度变化吗 2 匀速圆周运动是匀变速运动吗 对匀速圆周运动的理解 1 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 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 解决匀速圆周运动问题依据的规律是牛顿第二定律和匀速圆周运动的运动学公式 解决变速圆周运动 除了依据上述规律还需要用到后面章节将要学习的功能关系等 特别提醒 由于线速度 向心力 向心加速度是矢量 对于匀速圆周运动 它们的大小不变 但方向时刻改变 因此都不是恒定的 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 物块运动周期越小 越不容易脱离圆盘 答案 b 方法总结物体随圆盘一起做匀速圆周运动 故其必须有向心力作用 充当向心力的只能是物体受到的静摩擦力 静摩擦力的方向一定指向圆心 大小等于物体所需的向心力 3 2013 高考江苏卷 如图所示 旋转秋千 中的两个座椅a b质量相等 通过相同长度的缆绳悬挂在旋转圆盘上 不考虑空气阻力的影响 当旋转圆盘绕竖直的中心轴匀速转动时 下列说法正确的是 a a的速度比b的大b a与b的向心加速度大小相等c 悬挂a b的缆绳与竖直方向的夹角相等d 悬挂a的缆绳所受的拉力比悬挂b的小 水平面上圆周运动临界问题的分析 范例 15分 2014 西南师大附中高一检测 如图 水平转台高1 25m 半径为0 2m 可绕通过圆心处的竖直转轴转动 转台的同一半径上放有质量均为0 4kg的小物块a b 可看成质点 a与转轴间距离为0 1m b位于转台边缘处 a b间用长0 1m的细线相连 a b与水平转台间最大静摩擦力均为0 54n g取10m s2 1 当转台的角速度达到多大时细线上出现张力 2 当转台的角速度达到多大时a物块开始滑动 3 若a物块恰好将要滑动时细线断开 此后转台保持匀速转动 求b物块落地瞬间a b两物块间的水平距离 不计空气阻力 计算时取 3 审