6.2向心力（课件）-2022-2023学年高一物理同步精品课堂（人教版2019必修第二册）

6.2向心力 第六章 圆周运动 晓峰物理 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？ 情景引入 一、向心力 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 O v v v 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？什么力使小球做匀速圆周运动？该力的方向指向何方？ G FN F O FN与G相平衡，所以合力为F,方向指向圆心。 O F F F v v v 思考与讨论 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。 v v v Fn Fn Fn 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。 向心力是根据力的作用效果命名的，它是由某个力或几个力的合力或某个力的分力提供的。 二、向心力的大小 探究向心力大小的表达式 1.定性实验：感受向心力 （1）沙袋所受的向心力近似等于手通过绳对沙袋的拉力。 初步结论：向心力的大小与物体的质量、角速度、轨道半径等因素有关系。 （2）依次改变沙袋质量、沙袋转动的速度、绳的长度等，感受向心力的变化。 2. 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 探究向心力大小的表达式 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 ω1:ω2 r1:r2 m1:m2 F1:F2 实验一 1:1 1:1 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： ω1:ω2 r1:r2 m1:m2 F1:F2 实验二 1:1 1:1 2:1 2:1 实验结论：在ω、m不变的条件下， Fn ∝ r （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： ω1:ω2 r1:r2 m1:m2 F1:F2 实验三 1:1 1:1 1:2 1:4 实验结论：在m、r不变的条件下， Fn ∝ ω2 精确的实验表明，向心力的大小可以表示为：Fn＝mω2r 实 验 n 向心力表达式 课堂小结 圆锥摆 用长为L的细绳一端固定，另一端系着一个小球，使小球在水平面内做匀速圆周运动，细绳与竖直方向的夹角为θ。 飞椅模型 三、匀速圆周运动实例分析 圆锥摆 O' O θ l m mg F合 T O' O θ l m mg T TX Ty 用长为L的细绳一端固定，另一端系着一个小球，使小球在水平面内做匀速圆周运动，细绳与竖直方向的夹角为θ，小球受到哪几个力作用？什么力使小球做匀速圆周运动？该力的方向指向何方？ 三、匀速圆周运动实例分析 三、匀速圆周运动实例分析 木块相对转盘静止，随盘做匀速圆周运动 ω G FN f 木块受到哪些力的作用？ 木块做圆周运动所需向心力由什么力提供？ 想一想 结论: 向心力由静摩擦力f提供 F合＝f = Fn 竖直方向:FN cosθ＝mg 水平方向:F合=mω2r 三、匀速圆周运动实例分析 θ O' O R ω θ ω θ m m O r mg FN F合 mg FN F合 F合＝mg tanθ 竖直方向：FN cosθ＝mg 水平方向：F合=mω2 R sinθ 沿光滑漏斗或碗内壁做圆周运动的小球 一个小球在光滑竖直圆轨道内做圆周运动。小球受到哪几个力作用？小球是不是做匀速圆周运动？ 思考与讨论 mg FN Fn Ft 小球上升过程 小球下降过程 mg FN Fn Ft 合力不指向圆心（ F合 ≠ Fn ） 切线分力改变速度大小 径向分力改变速度方向 变速圆周运动（v大小变化） 一个小球在光滑竖直圆轨道内做圆周运动。小球受到哪几个力作用？小球是不是做匀速圆周运动？ 思考与讨论 三、 变速圆周运动和一般曲线运动的受力特点 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。 r1 r2 一般曲线运动各个地方的弯曲程度不一样，如何研究？ 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。 三、 变速圆周运动和一般曲线运动的受力特点 处理一般曲线运动的方法： r1 r2 把一般曲线分割为