5.6 向心力 课件 -2022-2023学年高一下学期物理人教版必修2

6 向心力 G FN F O F F F v v v O 结论：物体做匀速圆周运动，合外力指向圆心，且与______垂直 速度v FN与G相平衡， 所以合力为F. 小球受哪些力作用？合力沿什么方向？合力方向与速度方向有什么关系？ ［问题］在光滑水平桌面 上，绳的一端拴住一个小球，绳的另一端固定于桌上，小球做匀速圆周运动。 做匀速圆周运动的物体一定受到指向圆心的合力，这个合力叫作向心力。 一、向心力 1．定义 做匀速圆周运动的物体一定受到指向圆心的合力，这个合力叫作向心力。 2.向心力方向 时刻发生变化（始终指向圆心且与速度方向垂直） 3.向心力的作用： 只改变线速度的方向（或产生向心加速度） 向心力是恒力吗？向心力是物体的真实受力吗？ 探究向心力的表达式 Fn=m v2 r Fn=m rω2 F合＝man 向心力大小与多个物理量有关，在分析向心力与某一物理量的关系时，要注意什么？ 当m、v不变时，Fn与r成反比；当m、r不变时，Fn与v成正比。 当m、ω不变时，Fn与r成正比；当m、r不变时，Fn与ω成正比。 能否利用实验粗略地验证向心力的表达式？ F合＝Fn an = v2 r 实验：用圆锥摆粗略验证向心力的表达式 1、实验的基本原理？ 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 2、实验需要的器材？ 钢球、细线、画有同心圆的白纸、天平、秒表、直尺 r O' O θ l h FT G F合 3、实验需要测量的数据有哪些？如何测量？ F合＝mg tanθ 小球所需向心力 Fn=m v2 r m？r？v？θ？ m、r、转n圈数所用时间t、h 注意事项 r O' O θ l h 1、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 探究向心力的来源 情景1.使转台匀速转动，转台上的物体也随之做匀速圆周运动，转台与物体间没有相对滑动。你可以分析物体受到的力吗？ 物体受重力、支持力、静摩擦力。合外力作用效果与静摩擦力作用效果相同，方向指向圆心。 FN G Ff 什么力提供向心力？ 竖直方向：FN＝mg 水平方向：F合=Ff=mω2r G Ff FN 竖直方向：Ff＝G 水平方向：F合=FN FN提供向心力， 即合力提供向心力 情景2.使圆筒匀速转动，圆筒内壁上的物体也随之做匀速圆周运动，圆筒与物体间没有相对滑动。你可以分析物体受到的力吗？ 探究向心力的来源 θ ω θ m 竖直方向：FN cosθ＝mg 水平方向：F合=mgtanθ O r mg FN F合 什么力提供向心力？ 情景3.光滑小球在漏斗状容器内做匀速圆周运动，你可以分析物体受到的力吗？ 飞机在水平面内盘旋 几种常见的圆周运动 O' θ ω ω m O θ l m 竖直方向：FT cosθ＝mg 水平方向：F合=mω2l sinθ 竖直方向：F升 cosθ＝mg 水平方向：F合=mω2r O r FT mg F合 mg F合 F升 θ θ O' O R ω θ ω θ m m 竖直方向：FN cosθ＝mg 水平方向：F合=mω2r O r 竖直方向：FN cosθ＝mg 水平方向：F合=mω2 R sinθ mg FN F合 mg FN F合 几种常见的圆周运动 【例1】小球做圆锥摆运动时，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′ O mg FT F θ L 小球做圆周运动的半径 由牛顿第二定律： 即： R 解析：小球的向心力由FT和G的合力提供 解题关键：1.准确分析小球受力情况 2.沿半径方向的合力提供向心力 3.与转动平面垂直方向上合力为零 【例2】如图，半径为r的圆筒绕竖直中心轴转动，小橡皮块紧贴在圆筒内壁上，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？ 解析：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： G Ff FN 拓展：增加圆筒转速，若小橡皮块仍与转筒相对静止，小橡皮块受到的摩擦力如何变化？ 分析向心力来源的思路 3、进行受力分析，分析指向圆心方向的合力即向心力 2、确定圆周运动所在的平面，明确圆周运动的轨迹、半径及圆心位置 1、明确研究对象 O O 思考 Fn Ft F合 v Fn Ft v F合 速度增大的圆周运动 变速圆周运动 速度减小的圆周运动 匀速圆周运动所受的合力充当向心力，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。 切向力Ft ：垂直半径方向的