向心力高一物理高效互动课件（人教2019）

6.2向心力

高中物理必修二

第六章

圆周运动

高中物理必修二

第六章

圆周运动

思考：

1、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？

2、一个小球在细线的牵引下，绕光滑桌面上的图钉做匀速圆周运动。用剪刀将细线剪断，观察小球的运动。你认为使小球做圆周运动的力指向何方？6.2-1研究小球所受合力的方向

一、向心力

1、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。2、作用效果：改变速度的方向。3、方向：始终沿半径指向圆心。4、效果力：向心力是根据力的作用效果来命名的，凡是由某个力或者几个力的合力提供的物体做匀速圆周运动的力，不管属于哪种性质，都是向心力。

一、向心力

思考：物块随着圆桶一起匀速转动时，物块的受力？物块向心力的来源?注意：1、物块做匀速圆周运动时，合力提供向心力。2、向心力是根据作用效果命名的力。(不是一种特殊性质的力)GFfFNω

一、向心力

思考：下列做匀速圆周运动的物体向心力是由哪些力提供的？

FNGFf内壁光滑的漏斗滑块相对圆盘静止1、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。2、向心力的特点(1)方向时刻在变化，总是与线速度的方向垂直。(2)在匀速圆周运动中，向心力大小不变，向心力是变力，所以匀速圆周运动是匀速率圆周运动。

一、向心力

3、向心力的理解(1)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。(2)当物体做匀速圆周运动时，合外力提供向心力。(3)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。

二、探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系

1、实验目的(1)学会使用向心力演示器。(2)通过实验探究向心力的大小与半径、角速度、质量的关系。2、实验原理

如图所示，匀速转动手柄1，可以使变速塔轮2和3以及长槽4和短槽5随之匀速转动，槽内的小球也随着做匀速圆周运动。使小球做匀速圆周运动的向心力由横臂6的挡板对小球的压力提供。球对挡板的反作用力，通过横臂的杠杆作用使弹簧测力套筒7下降，从而露出标尺8。根据标尺8上露出的红白相间等分标记，可以粗略计算出两个球所受向心力的比值。

二、探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系

3、实验步骤(1)皮带套在塔轮2、3半径相同的圆盘上，小球转动半径和转动角速度相同时，探究向心力与小球质量的关系。(2)皮带套在塔轮2、3半径相同的圆盘上，小球转动角速度和质量相同时，探究向心力与转动半径的关系。(3)皮带套在塔轮2、3半径不同的圆盘上。小球质量和转动半径相同时，探究向心力与角速度的关系。

二、探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系

二、探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系

4、实验结论(1)在半径和角速度一定的情况下，向心力大小与质量成正比。(2)在质量和角速度一定的情况下，向心力大小与半径成正比。(3)在质量和半径一定的情况下，向心力大小与角速度的平方成正比。由以上可推知：向心力的大小可表示为Fn＝mω2r。5、向心力的表达式：Fn=m

v2rFn=m

ω2r

Fn

=m

r

4π2T

2

三、匀速圆周运动的分析

匀速圆周运动问题分析思路(1)解题指导

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提供向心力。(2)匀速圆周运动动力学问题的分析思路：

确定研究对象；

明确圆周运动的轨迹、圆心、半径；

对物体进行受力分析，明确向心力的来源；

分析物体的运动情况（线速度、角速度、周期等）；

根据牛顿运动定律和运动学知识联合解决问题。

三、匀速圆周运动的分析

例1、长为L的细线，拴一质量为m的小球(小球可视为质点)，一端固定于O点，让其在水平面内做匀速圆周运动(这种运动通常称为圆锥摆运动)，如图所示。当摆线与竖直方向的夹角是α时，求(重力加速度为g)：(1)细线的拉力的大小；(2)小球运动的线速度的大小；(3)小球运动的角速度及周期。

三、匀速圆周运动的分析

解析如图所示，小球受重力mg和细线的拉力FT。因为小球在水平面内做匀速圆周运动，所以小球受到的合力指向圆心O′，且是沿水平方向。(1)由平行四边形定则得(2)小球受到的合力大小为F合＝mgtanα由几何关系得r＝Lsinα例2甲、乙两名溜冰运动员，m甲＝80kg，m乙＝40kg，面对面拉着弹簧测力计做圆周运动的溜冰表演，如图所示。两人相距0.9m，弹簧测力计的示数为9.2N，下列判断中正确的是(

)A.两人的线速度相等，约为40m/sB.两人的角速度相同，为5rad/sC.两人的运动半径相同，都是0.45mD.两人的运动半径不同，甲为0.3m，乙为0.6m

三、匀速圆周运动的分析

D

四、变速圆周运动和一般曲线运动的受力特点

1、变速圆周运动

做变速圆周运动的物体所受的合力并不严格指向运动轨迹的圆心。将合力分解：(1)跟圆周相切的分力Ft：与速度方向相同或相反，只改变速度的大小。(2)指向圆心的分力Fn：与速度方向垂直，只改变速度的方向。如图所示：当秋千由上向下荡时，最低点时，绳子拉力与重力的合力指向悬挂点，在其他位置，合力不指向悬挂点。

四、变速圆周运动和一般曲线运动的受力特点

2、一般曲线运动及处理方法(1)定义：运动轨迹既不是直线也不是圆周的曲线运动。(2)处理方法：一般的曲线运动，可以把曲线分割成许多很短的小段，每一小段可看作一小段圆弧，研究质点在这一小段的运动时，可以采用圆周运动的分析方法进行处理，如图所示。3、匀速圆周运动与变速圆周运动的比较

四、变速圆周运动和一般曲线运动的受力特点

不变变化变化垂直不垂直例3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。当转盘逆时针方向转动时，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

四、变速圆周运动和一般曲线运动的受力特点

课堂练习

1、如图所示，内壁光滑的竖直圆桶，绕中心轴做匀速圆周运动，一物块用细绳系着，绳的另一端系于圆桶上表面圆心，且物块贴着圆桶内表面随圆桶一起转动，则(

)A.绳的张力可能为零B.桶对物块的弹力不可能为零C.随着转动的角速度增大，绳的张力保持不变D.随着转动的角速度增大，绳的张力一定增大

解析

当物块随圆桶做圆周运动时，绳的拉力的竖直分力与物块的重力保持平