6.2向心力 课件-2023-2024学年高一下学期物理人教版（2019）必修第二册

向心力 一、向心力 做圆周运动的物体，其运动状态在不断变化，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的方向有何特点呢？ V 拿一个小球在细线的牵引下，绕光滑桌面上的图钉做圆周运动，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？ 研究小球所受合力的方向 经过受力分析可得小球受到重力，桌面支持力和细线的拉力作用。 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。 O F O G FN 感受向心力 如图所示，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匀速圆周运动，此时，沙袋所受的向心力近似等于手通过绳对沙袋的拉力 结论：物体做匀速圆周运动，合外力指向圆心，且与线速度V垂直。 对于做匀速圆周运动的物体，物体的速度大小不发生 改变，因此，所受合力只改变速度的方向。 O F F F V V O V 分析向心力方向和速度 向心力：做匀速圆周运动的物体所受的合力总指向圆心，这个指向圆心的力就叫作向心力，符号：Fn 向心力的方向：始终指向圆心（与v垂直或与半径垂直），是变力。向心力的作用只改变线速度的方向 向心力是根据力的作用效果命名的，它是由某个力或者几个力的合力提供的 二、向心力的大小 思考：研究向心力的大小与哪些因素有关？ 如图所示，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匀速圆周运动，此时，沙袋所受的向心力近似等于手通过绳对沙袋的拉力。 做以下对比试验： (1)在小沙袋的质量和角速度不变的条件下，改变小沙袋做圆周运动的半径进行实验，比较向心力与半径的关系. (2)在小沙袋的质量和做圆周运动的半径不变的条件下，改变小沙袋的角速度进行实验，比较向心力与角速度的关系. (3)换用不同质量的小沙袋，在角速度和半径不变的条件下，重复上述操作，比较向心力与质量的关系. 结论：半径越大，角速度越大，质量越大，向心力越大 实验验证： 实验器材：向心力演示器、两个质量相同的钢球和一个质量小的铝球。 向心力演示器的构造 匀速转动手柄1、变速塔轮2和3、长槽4和短槽5、横臂6、弹簧测力套筒7、标尺8。 实验原理: 向心力演示器如图所示，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.皮带分 别套在塔轮2和3上的不同圆盘上，可使两个槽内的小球分别以几种不同的角速度做匀速圆周运动.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. 2.实验步骤 (1)探究向心力与小球质量的关系. 让钢球与铝球的质量之比为2:1。 将钢球和铝球分别放在相同半径处， 摇动手柄。观察套桶露出标度的格数，比较向心力的大小。 其他条件相同的条件下，质量越大，套桶露出标度的格数越多，即向心力越大 （2）探究向心力与转动半径的关系. 将两个质量相同的小钢球放在相同半径处。皮带套在两个半径为2:1的塔轮上，转动手柄观察套筒露出标度的格数，比较向心力的大小 其他条件相同的条件下，角速度越大，套桶露出标度的格数越多，即向心力越大。 （3）探究向心力与角速度的关系. 将两个质量相同的钢球分别放在 不同半径处。摇动手柄观察套筒 露出标度的格数，比较向心力的大小。 其他条件相同的条件下，半径越大，套桶露出标度的格数越多，即向心力越大。 实验结论：在半径和角速度一定的情况下，向心力大小与质量成正比。在质量和角速度一定的情况下，向心力大小与半径成正比。在质量和半径一定的情况下，向心力大小与角速度的平方成正比。 精确的实验表明，向心力的大小可以表示为：Fn＝mω2r 由：v=ωr得Fn＝ 三、变速圆周运动和一般曲线运动的受力特点 变速圆周运动的合力产生两个方向的效果，如图所示. (1)跟圆周相切的分力Ft：改变线速度的大小. (2)指向圆心的分力Fn：改变线速度的方向. 一般的曲线运动 （1）定义：运动轨迹既不是直线也不是圆周的曲线运动，可以称为一般的曲线运动。 （2）研究方法：可以把曲线分割为许多很短的小段，质点在每小段的运动都可以看作圆周运动的一部分，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来处理 r2 r1 例一： 关于向心力的说法正确的是（） A.物体由于做圆周运动而产生了向心力 B.向心力不改变圆周运动中物体线速度的大小 C.对做匀速圆周运动的物体进行受力分析时，一定不要漏掉向心力 D.做匀速圆周运动的物体其向心力是不变的 向心力是物体做圆周