6.2向心力(课件) 高中物理 （人教版2019必修第二册）

第六章圆周运动6.2向心力高中物理同步备课必修第二册目录contents向心力0102向心力的大小03向心力的来源04变速圆周运动和一般曲线运动的受力特点v

=ΔtΔsω=ΔtΔθv

=ωr知识回顾导入新课游乐场里有各种有趣的游戏项目。空中飞椅因其刺激性而深受很多年轻人的喜爱。飞椅与人一起做匀速圆周运动的过程中，受到了哪些力?所受合力的方向有什么特点?飞椅与人一起做匀速圆周运动的过程中，受到哪些力的作用？合力有什么特点？想一想匀速圆周运动线速度的大小处处相等的圆周运动叫做匀速圆周运动匀速圆周运动的速度方向在不断变化是一种变速运动必然具有加速度做匀速圆周运动的物体所受合外力不为零光滑桌面上一个小球由于细线的牵引，绕桌面上的图钉做匀速圆周运动。小球受到几个力的作用？这几个力的合力沿什么方向？FN=G合力指向圆心匀速圆周运动的物体向心力方向，根据牛顿第二定律，加速度方向和合外力方向一致指向圆心想一想合力OFFFvvvO结论：做匀速圆周运动的物体，合力始终指向圆心，与速度v垂直。做匀速圆周运动的物体，其运动状态在不断变化，说明物体一定受到了力的作用。那么迫使物体做匀速圆周运动的合力有何特点呢？向心力011.定义：做匀速圆周运动的物体所受的合力总指向圆心，这个指向圆心的力叫作向心力。3.方向：指向圆心(方向时刻变化)，向心力方向与速度方向垂直，是变力。4.作用效果：只改变速度的方向，不改变速度的大小。2.符号：FnOFFFvvvO5.大小：探究向心力的大小02

如图所示，在绳子的一端拴一个小球，另一端握在手中。将手举过头顶，使小球在水平面内做圆周运动。此时，小球所受的向心力近似等于手通过绳对小球的拉力。换用不同质量的小球，并改变小球转动的速度和绳的长度，感受向心力的变化。感受向心力猜想：向心力大小可能与小球质量、转动速度、转动半径有关。1.保持小球转动的速度和绳的长度不变，改变小球的质量，感受向心力的变化。2.保持绳的长度和小球的质量不变，改变小球转动的速度，感受向心力的变化。3.保持小球的质量和小球转动的速度不变，改变绳的长度，感受向心力的变化。分步感知:1、体验向心力的大小猜想：向心力大小可能与_______________________________有关物体质量、轨道半径、运动快慢2、演示实验：用向心力演示器演示探究向心力大小的表达式3、实验器材：向心力演示器

匀速转动手柄，可使塔轮、长槽和短槽匀速转动，槽内的小球也就随之做匀速圆周运动。挡板对小球的作用力提供了小球做匀速圆周运动的向心力。同时，小球挤压挡板的力使挡板另一端压缩测力套筒的弹簧，压缩量可从标尺上读出，该读数即显示了向心力的大小。4、结构及原理5.实验方法:控制变量法（1）F与m的关系保持r、ω一定保持ω、m一定（3）F与ω的关系保持m、r一定（2）F与r的关系实验结论:物体做圆周运动需要的向心力与物体质量成正比，与半径成正比，与角速度的二次方成正比。根据推导向心力的另一表达式：公式：Fn＝mω2r又因为故向心力公式为：1.实验的基本原理？2.实验需要的器材？rO'OθlhFTGF合3.实验需要测量的数据有哪些？如何测量？F合＝mgtanθ小球所需向心力Fn=m

v2r验证：g/h=(2πn/t)2从运动的角度求得Fn；从受力的角度求得F合；将Fn和F合进行比较钢球、细线、白纸、秒表、直尺转n圈数所用时间t、h实验：用圆锥摆粗略验证向心力的表达式注意事项rO'Oθlh1.h并不等于纸面距悬点的高度2.小球与纸面不能接触3.测t时不能太久4.启动小球时应确保小球做的是

匀速圆周运动向心力的来源03OF引地球绕太阳运行、人造卫星绕地球运行——万有引力提供向心力1.人造卫星绕地球运行(地球绕太阳运转)F合＝F引＝Fn

人造卫星绕地球做（近似）匀速圆周运动卫星受到地球的引力（合力）充当向心力转台与物体间没有发生相对滑动2.木块随盘做匀速圆周运动FNmgF静即小物块所受静摩擦力充当向心力小物块所受重力、支持力和静摩擦力三个力的合力充当向心力F合＝f

=

Fn

GFfFNω3.物块随着圆桶一起匀速转动F合＝FN

=

Fn

滚筒洗衣机中物体随滚筒一起匀速转动物体所受重力、摩擦力和支持力的合力充当向心力。即物体所受支持力充当向心力小球所受绳子拉力和重力的合力充当向心力小球绕中心做匀速圆周运动4.圆锥摆做匀速圆周运动rθOG=mgF合FF合＝mgtanθ

=

Fn

也可以说成拉力F在水平方向的分力充当向心力小球在某一平面做匀速圆周运动物体所受重力和支持力的合力充当向心力F合ωθθmOrmgN5.小球在光滑玻璃漏斗中做匀速圆周运动即物体所受支持力在水平方向上的分力充当向心力竖直方向:FNcosθ＝mg水平方向:F合=FNsinθ=mgtanθ=mω2r玻璃球所受重力和内壁的支持力的合力充当向心力在水平面内做匀速圆周运动（不计摩擦）6.玻璃球沿透明碗的内壁做匀速圆周运动即玻璃球所受内壁支持力在水平方向上的分力充当向心力竖直方向：FNcosθ＝mg水平方向：F合=FNsinθ=mgtanθ=mω2Rsinθ1.向心力的来源：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。物体做匀速圆周运动时，由合力提供向心力。2.向心力是根据作用效果命名的，并不是一种新的性质的力。3.向心力不是物体真实受到的一个力，不能说物体受到向心力的作用，只能说某个力或某几个力提供了向心力。受力分析时绝对不能出现向心力。关于向心力的几点说明【例题】小球做圆锥摆时，细绳长L，与竖直方向成θ

角，求小球做匀速圆周运动的角速度ω

。O′OmgFTFθL小球做圆周运动的半径R=LsinθR解：小球的向心力由FT和G

的合力提供即：mgtanθ=mω2Lsin

θF向

=

mω2RF向

=

F=mgtanθ【例题】如图，半径为r

的圆筒绕竖直中心轴转动，小橡皮块紧帖在圆筒内壁上，它与圆筒的摩擦因数为μ，现要使小橡皮不落下，则圆筒的角速度至少多大？解：小橡皮受力分析如图。小橡皮恰不下落时，有：Ff=mg其中：Ff=μFN而由向心力公式：FN=mω2r解以上各式得：GFfFN【例题】如图，细绳的一端固定在O点，另一端系一个小球，在O点的正下方钉一个钉子A，小球从一定高度摆下。经验告诉我们，当细绳与钉子相碰时，钉子的位置越靠近小球，绳就越容易断。请你利用向心力的知识解释这一现象。【解析】细绳与钉子相碰前后线速度大小不变，半径变小，

根据

拉力：钉子的位置越靠近小球，半径越小，向心力越大，则所需拉力越大，绳子越容易断。

变速圆周运动和一般曲线运动的受力特点04运动员抛出链球的过程中，使链球越转越快，在链球速度比较大的时候，抛出链球，使链球运动的更远。这个过程中链球做变速圆周运动。想一想：做变速圆周运动的物体，其受力情况如何呢？变速圆周运动匀速圆周运动所受的合力提供向心力，方向始终指向圆心；如果一个沿圆周运动的物体所受的合力不指向圆心，还能做匀速圆周运动吗？当沿圆周运动的物体所受的合力不指向圆心时，物体做变速圆周运动。OOFn

F合vFn

vF合速度增大的圆周运动速度减小的圆周运动向心分力Fn

，产生向心加速度an，只改变线速度的方向。切向分力Fτ，产生切向加速度aτ，改变线速度的大小。物体做变速圆周运动时：当合外力与速度夹锐角时，物体线速度增加

当合外力与速度夹钝角时，物体线速度减小

物体做变速圆周运动的受力条件：当做圆周运动的物体所受合力不指向圆心时，物体做变速圆周运动。变速圆周运动变速圆周运动的规律：运动轨迹既不是直线也不是圆周的曲线运动，可以称为一般曲线运动。一般的曲线运动r1r2研究方法：把一般曲线分割为许多极短的小段，每一段都可以看作一小段圆弧。这些圆弧的弯曲程度不一样，表明它们具有不同的曲率半径。在分析质点经过曲线上某位置的运动时可以采用圆周运动的分析方法进行处理。从向心力的来源看匀速圆周运动：合外力全部用来提供向心力变速圆周运动：合外力部分用来提供向心力从加速度的角度看仅有向心加速度的圆周运动是匀速圆周运动同时具有向心加速度和切向加速度的圆周运动是变速圆周运动变速圆周运动和匀速圆周运动【例题】如图所示，某物体沿

光滑圆弧轨道由最高点滑到最低点过程中，物体的速率逐渐增大，则（）A.物体的合力为零B.物体的合力大小不变，方向始终指向圆心OC.物体的合力就是向心力D.物体的合力方向始终不与其运动方向垂直(最低点除外)D【例题】如图所示，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（）A.当转盘匀速转动时，P所受摩擦力方向为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所受摩擦力方向可能为aD.当转盘减速转动时，P所受摩擦力方向可能为bA课堂小结典例分析05【典例】物体做匀速圆周运动的条件是()

A.物体有一定的初速度，且受到一个始终和初速度垂直的恒力作用

B.物体有一定的初速度，且受到一个大小不变，方向变化的力的作用

C.物体有一定的初速度，且受到一个方向始终指向圆心的力的作用D.物体有一定的初速度，且受到一个大小不变，方向始终跟速度垂直的力的作用

D小试牛刀【典例】关于向心力说法中正确的是（）A.物体由于做圆周运动而产生的力叫向心力B.向心力不改变速度的大小C.做匀速圆周运动的物体所受向心力是不变的D.向心力是除物体所受重力、弹力以及摩擦力以外的一种新的力B小试牛刀【典例】如图所示，两个质量不同的小球用长度不等的细线拴在同一点，并在同一水平面内做匀速圆周运动，则它们的（）A．周期相同B．线速度的大小相等C．细线的拉力大小相等D．向心加速度的大小相等A小试牛刀【典例】（多选）用细线拴住一球做匀速圆周运动，下列说法中正确的是（）A.在线速度一定情况下，线越长越易断B.在线速度一定情况下，线越短越易断C.在角速度一定情况下，线越长越易断D.在角速度一定情况下，线越短越易断BC小试牛刀【典例】甲乙两物体都做匀速圆周运动,其质量之比为1∶2,转动半径之比为1∶2,在相同时间内甲转过4周，乙转过3周.则它们的向心力之比为（）A.1∶4B.2∶3C.4∶9 D.9∶16C小试牛刀【典例】一个物体做匀速圆周运动，在运动过程中一定不发生变化的物理量是（）A．向心力

B．线速度C．角速度

D．合外力rm【典例】如图示，在光滑水平面上，一质量为m的小球在绳的拉力作用下做半径为r的匀速圆周运动，小球运动的线速度为v，则绳的拉力F大小为（）

C．mvrD．mvr2B.CBA.【典例】(多选)一个内壁光滑的圆锥筒的