高中物理 第五章 曲线运动 6 向心力课件 新人教版必修21.ppt

6向心力 第五章曲线运动 内容索引 自主预习预习新知夯实基础 重点探究启迪思维探究重点 达标检测检测评价达标过关 自主预习 一 向心力1 定义 做匀速圆周运动的物体产生向心加速度的原因是它受到了指向 这个合力叫做向心力 2 方向 始终沿着指向 3 表达式 1 fn 2 fn 4 向心力是根据力的来命名的 凡是产生向心加速度的力 不管属于哪种性质 都是向心力 圆心的合力 半径 圆心 m 2r 作用效果 二 变速圆周运动和一般的曲线运动1 变速圆周运动的合力 变速圆周运动的合力产生两个方向的效果 如图1所示 图1 1 跟圆周相切的分力ft 产生加速度 此加速度描述线速度变化的快慢 2 指向圆心的分力fn 产生加速度 此加速度描述线速度改变的快慢 切向 大小 向心 方向 2 一般的曲线运动的处理方法 1 一般的曲线运动 运动轨迹既不是也不是的曲线运动 2 处理方法 可以把曲线分割成许多很短的小段 每一小段可看做一小段 研究质点在这一小段的运动时 可以采用圆周运动的处理方法进行处理 直线 圆周 圆孤 答案 即学即用1 判断下列说法的正误 1 做匀速圆周运动的物体的向心力是恒力 2 向心力和重力 弹力一样 都是根据性质命名的 3 向心力可以是物体受到的某一个力 也可以是物体受到的合力 4 变速圆周运动的向心力并不指向圆心 5 匀速圆周运动的合力就是向心力 6 做变速圆周运动的物体所受合力的大小和方向都改变 2 多选 如图2所示 用细绳拴一小球在光滑桌面上绕一铁钉 系一绳套 做匀速圆周运动 关于小球所受的力 下列说法正确的是 答案 图2 a 重力 支持力 绳子拉力b 重力 支持力 绳子拉力和向心力c 重力 支持力 向心力d 绳子拉力充当向心力 重点探究 一 向心力的概念和来源 1 如图所示 用细绳拉着小球在光滑水平面上做匀速圆周运动 若小球的线速度为v 运动半径为r 是什么力产生的向心加速度 该力的大小 方向如何 小球运动的速度v增大 绳的拉力大小如何变化 答案 导学探究 答案产生向心加速度的力是小球受到的重力 支持力和绳的拉力的合力 合力等于绳的拉力 大小为f man m 方向指向圆心 v增大 绳的拉力增大 答案 2 若月球绕地球做匀速圆周运动的角速度为 月地距离为r 是什么力产生的加速度 该力的大小 方向如何 答案向心加速度an 2r 是地球对月球的引力产生的加速度 引力的大小为f man m 2r 方向指向地心 对向心力的理解 1 向心力 使物体做匀速圆周运动的指向圆心的合力 2 向心力大小 3 向心力的方向无论是否为匀速圆周运动 其向心力总是沿着半径指向圆心 方向时刻改变 故向心力是变力 4 向心力的作用效果 改变线速度的方向 由于向心力始终指向圆心 其方向与物体运动方向始终垂直 故向心力不改变线速度的大小 知识深化 5 向心力的来源向心力是根据力的作用效果命名的 它可以由重力 弹力 摩擦力等各种性质的力提供 也可以由它们的合力提供 还可以由某个力的分力提供 当物体做匀速圆周运动时 由于物体沿切线方向的加速度为零 即切线方向的合力为零 物体受到的合外力一定指向圆心 以提供向心力产生向心加速度 当物体做非匀速圆周运动时 其向心力为物体所受的合外力在半径方向上的分力 而合外力在切线方向的分力则用于改变线速度的大小 例1 多选 下列关于向心力的说法中正确的是a 物体由于做圆周运动而产生了一个向心力b 向心力不改变圆周运动中物体线速度的大小c 做匀速圆周运动的物体其向心力即为其所受的合外力d 做圆周运动的物体所受各力的合力一定充当向心力 解析当物体所受的外力的合力始终有一分力垂直于速度方向时 物体将做圆周运动 该分力即为向心力 故先有向心力然后才使物体做圆周运动 因向心力始终垂直于速度方向 所以它不改变线速度的大小 只改变线速度的方向 匀速圆周运动所受合外力指向圆心 完全提供向心力 非匀速圆周运动中是合外力指向圆心的分力提供向心力 答案 解析 二 向心力来源分析 分析下列几种圆周运动所需向心力分别由什么力提供 1 地球绕太阳做圆周运动 如图甲 答案 答案太阳对地球的引力 导学探究 答案 2 圆盘上物块随圆盘一起匀速转动 如图乙 答案物块受到的静摩擦力 也可以说是物块所受重力 支持力 静摩擦力的合力 3 在光滑漏斗内壁上 小球做匀速圆周运动 如图丙 答案漏斗对小球的支持力和小球所受重力的合力 答案 4 小球在细线作用下 在水平面内做圆锥摆运动时 如图丁 答案细线对小球的拉力和小球所受重力的合力 1 向心力是按力的作用效果命名的 充当向心力的力可以是重力 弹力 摩擦力等各种力 也可以是合力或分力 应明确各种情况下向心力的来源 知识深化 2 在匀速圆周运动中 合外力一定是向心力 合外力的方向一定指向圆心 3 变速圆周运动 1 变速圆周运动中合外力不指向圆心 合力f产生改变速度大小和方向两个作用效果 即 合力 径向方向分力 切线方向分力 产生向心加速度 产生切向加速度 改变线速度方向 改变线速度大小 2 某一点的向心加速度和向心力仍可用an 2r fn m 2r公式求解 只不过v 都是指那一点的瞬时速度 例2 2018 余姚市高一第二学期期中考试 如图3所示 小物块a与圆盘保持相对静止 跟着圆盘一起做匀速圆周运动 下列关于a的受力情况说法正确的是 答案 解析 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 与运动方向相反的摩擦力和向心力d 受重力 支持力和与运动方向相反的摩擦力 解析物块受到重力 支持力和摩擦力的作用 重力和支持力的方向在竖直方向上 所以合外力等于摩擦力 方向指向圆心 提供物块做匀速圆周运动的向心力 b项正确 图3 a 当转盘匀速转动时 p受摩擦力方向为cb 当转盘匀速转动时 p不受转盘的摩擦力c 当转盘加速转动时 p受摩擦力方向可能为ad 当转盘减速转动时 p受摩擦力方向可能为b 针对训练1如图4所示 物块p置于水平转盘上随转盘一起运动 图中c方向沿半径指向圆心 a方向与c方向垂直 当转盘逆时针转动时 下列说法正确的是 答案 解析 图4 解析转盘匀速转动时 物块p所受的重力和支持力平衡 摩擦力提供其做匀速圆周运动的向心力 故摩擦力方向指向圆心o点 a项正确 b项错误 当转盘加速转动时 物块p做加速圆周运动 不仅有沿c方向指向圆心的向心力 还有指向a方向的切向力 使线速度大小增大 两方向的合力即摩擦力可能指向b c项错误 当转盘减速转动时 物块p做减速圆周运动 不仅有沿c方向指向圆心的向心力 还有指向a相反方向的切向力 使线速度大小减小 两方向的合力即摩擦力可能指向d d项错误 例3 2018 东阳中学期中考试 如图5所示 飞机做特技表演时 常做俯冲拉起运动 此运动在最低点附近可看做是半径为500m的圆周运动 若飞行员的质量为65kg 飞机经过最低点时速度为360km h 则这时飞行员对座椅的压力为 取g 10m s2 三 圆周运动的动力学问题 答案 图5 a 650nb 1300nc 1800nd 1950n 解析 解析在最低点分析飞行员的受力情况如图所示 由牛顿第二定律结合向心力公式得 代入可得fn 1950n 再由牛顿第三定律可得 d正确 分析圆周运动的动力学问题的关键是受力分析 找出沿圆周半径方向的力 然后利用牛顿第二定律列式求解 针对训练2如图6所示 某公园里的过山车驶过离心轨道的最高点时 乘客在座椅里面头朝下 人体颠倒 若轨道半径为r 人体重力为mg 要使乘客经过轨道最高点时对座椅的压力等于自身的重力 则过山车在最高点时的速度大小为 图6 答案 解析 解析如图所示 在最高点人受重力和座椅向下的压力 两个力的合力提供向心力 由fn mg m 达标检测 1 对向心力的理解 下面关于向心力的叙述中 错误的是a 向心力的方向始终沿着半径指向圆心 所以是一个变力b 做匀速圆周运动的物体 除了受到别的物体对它的作用力外 还一定受到一个向心力的作用c 向心力可以是重力 弹力 摩擦力中的某个力 也可以是这些力中某几个力的合力 或者是某一个力的分力d 向心力只改变物体速度的方向 不改变物体速度的大小 答案 解析 解析向心力是根据力的作用效果来命名的 它可以是物体受力的合力 也可以是某一个力的分力 因此 在进行受力分析时 不能再分析向心力 向心力时刻指向圆心 与速度垂直 所以向心力只改变速度方向 不改变速度大小 a c d正确 b错误 1 2 3 4 5 2 向心力来源分析 如图7所示 在匀速转动的圆筒内壁上紧靠着一个物体 物体随圆筒一起转动 物体所需的向心力由下面哪个力来提供 答案 a 重力b 弹力c 静摩擦力d 滑动摩擦力 图7 1 2 3 4 5 a 乘客受到的向心力大小约为200nb 乘客受到的向心力大小约为539nc 乘客受到的向心力大小约为300nd 弯道半径越大 乘客需要的向心力越大 3 向心力公式的应用 上海磁悬浮线路的最大转弯处半径达到8000m 如图8所示 近距离用肉眼看几乎是一条直线 而转弯处最小半径也达到1300m 一个质量为50kg的乘客坐在以360km h的不变速率行驶的车里 随车驶过半径为2500m的弯道 下列说法正确的是 答案 解析 图8 解析 设计半径越大 转弯时乘客所需要的向心力越小 d错误 1 2 3 4 5 4 圆周运动的动力学问题 如图9所示 质量为m的物体 沿半径为r的圆轨道自a点滑下 a与圆心o等高 滑至b点 b点在o点正下方 时的速度为v 已知物体与轨道间的动摩擦因数为 重力加速度为g 物体在b点所受的摩擦力的大小为 答案 解析 图9 1 2 3 4 5 解析在b点物体的受力情况如图所示 其中轨道弹力fn与重力mg的合力提供物体做圆周运动的向心力 由牛顿第二定律有fn mg 可求得fn mg 则滑动摩擦力为ff fn m 1 2 3 4