第2节 科学探究：向心力（教学课件）物理鲁科版必修第二册

圆周运动 第3章 鲁科2019 高中物理必修二 第二节 科学探究：向心力 曲线运动的条件 >>> 复习 F v F v 物体做直线运动 合外力（加速度)与速度方向同一直线 物体做曲线运动 合外力(加速度）与速度方向不在同一直线 做圆周运动的物体，其合外力与速度有什么样的关系呢？ 目 录 02 探究影响向心力大小的因素 03 向心加速度 01 向心力 向心力 >>> 1 实验演示 拉力与速度垂直，始终指向圆心。 O N F拉 小车的合外力为F拉 G O F拉 F拉 F拉 V V v O 受力分析 拉力不做功，只改变运动的方向，不改变速度的大小 一、向心力 1、定义：做圆周运动的物体一定受到指向圆心的力的作用，这个力就叫作向心力。 3、特点：只改变线速度的方向，不改变速度的大小。向心力不做功 2、方向：始终指向圆心。是变力。 向心力 F向 F向 O F引 F合＝F引 ＝F向 O mg N f F向 ＝f O mg N F向＝N+ mg 向心力的来源 汽车在水平路面上转弯 天体运动 过山车 向心力是按照效果命名的力，并不是物体额外受到的一个力；受力分析时, 不能多出一个向心力。 向心力的来源 4、向心力的来源：可以是重力、弹力、摩擦力，也可以是几个力的合力。 静摩擦力做为向心力 5、做匀速圆周运动的物体合外力做为向心力。 请分析下列向心力的来源 向心力的来源 练习 影响向心力大小的因素 >>> 2 为什么转动时吸管不下落？ 如果转速变小，吸管会下落吗？ 影响向心力大小的因素 影响向心力大小的因素 物体做圆周运动时所需的向心力与物体质量、转动半径以及角速度有关。 实验探究 探究做圆周运动的物体所需要的向心力 F 与其质量 m、转动半径 r 和转动角速度 ω 之间的关系。 影响向心力大小的因素 一、向心力大小与质量的关系 把两个质量不同的小球分别放在长槽和短槽上，调整塔轮上的皮带和小球位置，使两球的转动半径和角速度都相同。转动手柄，观察向心力的大小与质量的关系。 一、向心力大小与质量的关系 二、向心力大小与半径的关系 换两个质量相同的小球，使两球的角速度相同。再增大长槽上小球的转动半径，使两球的转动半径不同。转动手柄，观察向心力的大小与半径的关系。 二、向心力大小与半径的关系 三、向心力大小与角速度的关系 换两个质量相同的小球，使两球的转动半径相同。调整皮带位置，使两球转动的角速度不同。转动手柄，观察向心力的大小与角速度的关系。 三、向心力大小与角速度的关系 影响向心力大小的因素 实验结论 做圆周运动的物体所需要的向心力与物体的质量成正比、与转动的半径成正比、与角速度的平方成正比。 影响向心力大小的因素 【进一步研究可得出】 匀速圆周运动所需的向心力的大小为： 式中m是运动物体的质量，r是运动物体转动的半径，ω是转动的角速度。 向心加速度 >>> 3 向心加速度 匀速圆周运动 合外力为向心力 加速度 向心加速度 牛顿第二 运动定律 ①方向必定指向圆心，是变量 ②只改变速度的方向，不改变速度的大小 ③公式也适用于非匀速圆周运动 一般飞行员能承受的最大向心加速度的大小约为 6g。在飞行表演中，飞机某次水平转弯时，可视为在水平面内做匀速圆周运动。若飞机以 150 m/s 的速度飞行，在该次水平转弯过程中向心加速度为 6g，取重力加速度 g = 9.8 m/s2，飞机水平转弯半径至少为多少 ? 由题意可知，v = 150 m/s，a = 6g = 6×9.8 m/s2 = 58.8 m/s2。 解 由 得 讨论 飞机转弯半径与线速度和向心加速度有关。此题的转弯半径是针对比较极端情况的结果。对于客机，转弯半径的设计须考虑安全系数及乘客的舒适度等诸多因素，转弯半径通常较大。 若水平圆台转动的角速度 ω = 0.6 rad/s，质量为 30 kg 的小孩坐在距离轴心 1 m 处随圆台一起转动。小孩的向心加速度为多大？小孩受到的静摩擦力为多大？ 由题意可知，ω = 0.6 rad/s，r=1m。 解: 由 得 静摩擦力为向心力 由 得 作业 课本 $$