6.2向心力—2020-2021学年【新教材】人教版（2019）高中物理必修第二册课件

第六章 圆周运动 6.2 向心力 空中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？ 教学目标 1、理解向心力的概念及其表达式的确切含义。 2、知道向心力的大小与哪些因素有关，并能用来进行计算。 3、知道在变速圆周运动中，可用上述公式求质点在某一点的向心力。 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？ 把人和飞椅看成一个整体，受重力和绳的拉力，合力指向圆心。 新课导入 一个小球在细线的牵引下，绕桌面上的图钉做匀速圆周运动（小球与桌面上的阻力很小，可以忽略不计）。小球受到哪几个力作用？用剪刀将细线剪断，观察小球将做什么运动？你认为使小球做圆周运动的力指向何方？ G FN F 做圆周运动的物体，其运动状态不断变化，说明物体一定受到了力的作用，那么迫使物体做圆周运动的力，其方向有什么特点呢？ 向心力 O G FN F 小球受到重力，桌面支持力和细线的拉力作用。 O FN与G相平衡，所以合力为F 用剪刀将细线剪断，小球将沿切线方向飞出，做匀速直线运动。 物体做匀速圆周运动，合外力指向圆心，且与线速度V垂直。 向心力（Fn）： 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.方向：指向圆心，向心力方向与速度方向垂直。 3.作用效果：只改变速度的方向，不改变速度的大小。 O F F F v v v O 4、向心力来源 向心力并不是像重力、弹力、摩擦力那样作为具有某种性质的力来命名的。它是根据力的作用效果命名的，它可以是某一个力或者几个力的合力提供的。 如图：拉力和重力的合力提供物体做匀速圆周运动向心力。 O' ω O θ l m mg F合 FT 地球绕太阳的运动可近似看作匀速圆周运动，太阳对地球的引力提供向心力。 F引 Fn G F 飞椅与人一起做圆周运动的向心力Fn则是由绳子斜向上方的拉力F和所受重力G的合力提供的。 分析向心力来源的几种典型实例 感受向心力 如图 6.2-3 所示，在绳子的一端拴一个小沙袋（或其他小物体），另一端握在手中。将手举过头顶，使沙袋在水平面内做圆周运动。此时，沙袋所受的向心力近似等于手通过绳对沙袋的拉力。换用不同质量的沙袋，并改变沙袋转动的速度和绳的长度，感受向心力的变化。 向心力的大小 在物理学中,认识物理量时可以先定性了解,然后再探究不同物理量之间的定量关系。因此,我们也先通过实验感受向心力大小与圆周运动的一些运动学量之间的定性关系,再通过实验,进一步探究向心力的大小与这些量的定量关系。 （1）保持沙袋转动的速度和绳的长度不变，改变沙袋的质量，感受向心力的变化。 （3）保持沙袋的质量和沙袋转动的速度不变，改变绳的长度，感受向心力的变化。 （2）保持绳的长度和沙袋的质量不变，改变沙袋转动的速度，感受向心力的变化。 通过上面的实验，可以知道 ：做圆周运动的物体所受向心力的大小与物体的质量、速度、轨道半径等因素有关系。 探究向心力大小的表达式 请你用上面介绍的器材设计实验，研究向心力大小与物体的质量、速度和轨道半径等因素的关系。 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。 定量实验：向心力Fn的大小与物体的质量m、角速度ω、轨道半径r有怎样的关系呢？ 向心力演示器 （1）向心力Fn ：套筒下降后露出的红白格数，可以粗测向心力之比。 实验过程：控制变量的方法 （1）在角速度、轨道半径不变的条件下，探究向心力与质量的关系： 实验结论：在ω、r不变的条件下， Fn ∝ m 实验一 ω1:ω2 1:1 r1:r2 1:1 m1:m2 F1:F2 1:2 1:2 （2）在角速度、质量不变的条件下，探究向心力与轨道半径的关系： 实验结论：在ω、m不变的条件下， Fn ∝ r 实验二 ω1:ω2 1:1 r1:r2 m1:m2 1:1 F1:F2 2:1 2:1 （3）在质量、轨道半径不变的条件下，探究向心力与角速度的关系： 实验结论：在m、r不变的条件下，Fn ∝ ω2 实验三 ω1:ω2 r1:r2 1:1 1:1 m1:m2 1:1 1:1 F1:F2 1:2