6.2 向心力 课件-2022-2023学年高一下学期物理人教版（2019）必修第二册

人教版物理必修二 第六章 圆周运动 第二节 向心力(1) 复习引入 匀速圆周运动的实质：变速曲线运动 变速曲线运动 运动状态改变 一定受到外力 一定存在加速度 那么做匀速圆周运动的物体所受的合力有何特点？加速度又怎样呢？ 地球受力沿什么方向 小球所受合力沿什么方向 月球受地球引力沿什么方向 O FN G F 结论：做匀速圆运动的小球，合外力指向圆心，与速度v始终垂直 1. 定义：做匀速圆周运动的物体所受到的指向圆心的合力，叫向心力。 4. 效果：只改变 v 的方向，不改变 v 的大小。 3. 方向：始终指向圆心 ( 与 v 垂直 )，方向时刻发生变化是变力 2. 符号：Fn 一、向心力 v v v O Fn Fn Fn 讨论交流：向心力是不是一种新的性质力？即向心力是不是与重力、弹力、摩擦力一样都是按照某种性质来命名的力？ 注意： 1、向心力通常由重力、弹力、摩擦力中的某一个力，或者是某个力的分力，或几个力的在半径方向分力的合力所提供 2、向心力是根据力的作用效果来命名的，受力分析时不要把向心力当作一个独立的性质力 F F F v v v O 1．向心力的特点． (1)向心力是按力的作用效果来命名的力．它不是具有确定性质的某种力，相反，任何性质的力都可以作为向心力．例如，小铁块在匀速转动的圆盘内保持相对静止的原因是静摩擦力充当向心力；若圆盘是光滑的，就必须用细线拴住小铁块，才能保证小铁块同圆盘一起做匀速转动，这时向心力由细线的拉力提供． 二、向心力的特点及来源 (3)向心力可以是某几个力的合力，也可以是某个力的分力．例如，用细绳拴着质量为m的物体，在竖直平面内做圆周运动到最低点时，其向心力由绳的拉力和物体的重力 (F向＝F拉－mg)两个力的合力充当．而在圆锥摆运动中，小球做匀速圆周运动的向心力则是由重力的分力(F向＝mgtan θ，其中θ为摆线与竖直轴的夹角)充当，因此绝不能在受力分析时沿圆心方向多加一个向心力． (2)向心力的作用效果是改变线速度的方向．做匀速圆周运动的物体所受的合外力即为向心力．它是产生向心加速度的原因，其方向一定指向圆心，是变化的(线速度大小变化的非匀速圆周运动的物体所受的合外力不指向圆心，它既要改变速度方向，同时也改变速度的大小，即产生法向加速度和切向加速度)． ①弹力提供向心力．如图，在光滑水平面上的O点系上绳子的一端，绳子另一端系一小球，使小球在桌面上做匀速圆周运动，则小球做匀速圆周运动的向心力由绳子的拉力(弹力)提供． 2．向心力的来源分析． (1)任何一种力或几种力的合力，只要它能使物体产生向心加速度，这个合力就是物体做圆周运动所需的向心力． (2)若物体做匀速圆周运动，其向心力必然是物体所受的合力，它始终沿着半径方向指向圆心，并且大小恒定． (3)若物体做非匀速圆周运动，其向心力则为物体所受的合力在半径方向上的分力，而合力在切线方向的分力则用于改变线速度的大小．以下用几个实例来分析． ②静摩擦力提供向心力． 如图所示，木块随圆盘一起做匀速圆周运动，其向心力由静摩擦力提供，静摩擦力总是沿半径指向圆心．说明木块相对圆盘的运动趋势方向是沿半径背离圆心，静摩擦力的方向与相对运动趋势方向相反．汽车在水平面上拐弯时所需的向心力就是由路面施加的静摩擦力提供的． ③合力提供向心力． 实际上，上述几种情况均是由合力提供向心力的，只不过物体所受的合力就等于其中某个力而已．物体做匀速圆周运动时，其合力必然等于所需的向心力，只不过有时合力不易求出，必须应用平行四边形定则才能求得． 如右上图所示，汽车过拱桥经最高点时，其向心力由重力和支持力的合力提供． ④向心力由分力提供 如图所示，物体在竖直面内的光滑轨道内做圆周运动．经过A点时，向心力由轨道施加的支持力和重力在半径方向的分力提供，即Fn＝FN－G1. 提示：向心力并不是一种特殊性质的力，它是根据力的作用效果命名的．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．没有单独存在的另外的向心力，在对物体进行受力分析时，不能额外的加个向心力． 1、提出问题：向心力的大小与哪些因素有关？ 2、猜想假设： Fn与m、r、ω有关 3、设计实验： 4、进行实验： 控制变量法 向心力演示器 三、影响向心力大小的因素 保持r、ω一定 Fn与m的关系 保持m、ω一定 Fn与r的关系 保持r、m一定 Fn与ω的关系 本资料来自于资源最齐全的２１世纪教育网www.21cnjy.com 5、得出结论： 保持r、m一定 保持m、ω一定 保持r、ω一定 Fn ∝ m Fn ∝ r Fn ∝ω2 Fn ＝kmω2r 向心力的大小 Fn = mrω2= mv2/r= mr(2π/T)2