5.4.1 向心力 向心加速度 课件-2024-2025学年高一下学期物理沪科版（2020）必修第二册

第五章 曲线运动 5.1 曲线运动 5.2 平抛运动 5.3 圆周运动 5.4 向心力 向心加速度 5.5 圆周运动的应用 思考：甩动链球做匀速圆周运动需要力吗？ 在俯视视角下，分析链球当前的运动方向和受力情况 v F 自主活动 光滑水平桌面，一根细绳系住小球，小球做匀速圆周运动。 小球受几个力的作用？ 受力分析 结论：做匀速圆周运动的物体，合外力指向圆心，始终与速度v垂直。 小球的合外力有何特点？ 假设游客在水平面内做圆周运动，请分析此时游客受到的向心力来源。 F合 mg FT O 具体某个力可以不在平面上，但是最终的合力必须在平面上。 重力和拉力的合力提供向心力 O θ 圆 锥 摆 O' FT mg F合 【结论】 研究表明，物体做匀速圆周运动的条件是受到与物体的速度方向垂直、始终指向圆心的合力作用。这个力称为“向心力”。常记为F向。 O mg FN 受力分析的不同视角 O O F向 v v v O F向 F向 F向 向心力 3. 作用效果： 1. 定义： 2. 方向： 注意：向心力是根据效果命名的力,不是物体真实受到的力,受力分析时不需要分析向心力,只能说某个力或某几个力的合力提供了向心力. 做圆周运动的物体受到一个始终指向圆心的力的作用，这个力叫做向心力； 与速度方向垂直，始终沿半径指向圆心； 只改变速度的方向，不改变速度的大小。 O F向 v v v O F向 F向 常见匀速圆周运动物体的向心力来源 FN mg Ff 转 盘 静摩擦力Ff 提供向心力 F合 mg FT O 一、物体做匀速圆周运动的条件：受到与速度方向垂直，方向始终指向圆心的合力的作用 mg FN O F 二、向心力： 1.方向：与速度方向垂直，始终指向圆心 O v F向 v F向 v F向 2.效果力： 由重力、弹力、摩擦力等性质力或这些力的合力充当 一、物体做匀速圆周运动的条件：受到与速度方向垂直，方向始终指向圆心的合力的作用 二、向心力： 1.方向：与速度方向垂直，始终指向圆心 O v F向 v F向 v F向 2.效果力： 由重力、弹力、摩擦力等性质力或这些力的合力充当 力是改变物体运动状态的原因，那么向心力的作用效果是什么呢？ 3.作用效果： 只改变速度的方向，不改变速度的大小 质量为的物体以角速度、半径做匀速圆周运动时，需要多大的向心力 呢？ 实验探究向心力F的大小与质量m、角速度ω、半径r之间的关系：控制变量法 质量m、角速度ω不变，探究向心力F与半径r之间的关系 质量m、半径r不变，探究向心力F与角速度ω之间的关系 角速度ω 、半径r不变，探究向心力F与质量m之间的关系 实验结论： 质量m、角速度ω不变时，向心力F与半径r成正比 质量m、半径r不变时，向心力F与角速度ω2成正比 角速度ω 、半径r不变时，向心力F与质量m成正比 若各物理量都取国际单位，则向心力的大小： 一、物体做匀速圆周运动的条件：受到与速度方向垂直，方向始终指向圆心的合力的作用 二、向心力： 1.方向：与速度方向垂直，始终指向圆心 O v F向 v F向 v F向 2.效果力： 由重力、弹力、摩擦力等性质力或这些力的合力充当 3.作用效果： 只改变速度的方向，不改变速度的大小 4.大小： 【示例】如图示，一辆汽车经过拱形桥时的运动可近似看作轨道半径为R的圆周运动，若汽车到达桥面最高处时的速度大小为v。已知汽车质量为m，重力加速度为g。这辆汽车经过拱形桥面最高处时，求拱形桥对汽车支持力的大小F。 【示例】如图所示，在竖直杆上的A点系一不可伸长的轻质细绳，绳子的长度为 ，绳的另一端连接一质量为 的小球，小球可看作质点，现让小球以不同的角速度 绕竖直轴做匀速圆周运动，小球离A点的竖直高度为 ，重力加速度为 ，下列说法正确的是（　　） A．小球离A点的竖直高度 与小球运动的角速度 成正比 B．小球离A点的竖直高度 与小球运动的角速度 成反比 C．绳子的拉力与小球运动的角速度 成正比 D．绳子的拉力与小球运动的角速度 的平方成正比 课堂小结 1.物体做匀速圆周运动的条件：受到与速度方向垂直，方向始终指向圆心的合力的作用 2.向心力是按效果命名的力，它可以是某个性质力，也可以是几个性质力的合力，还可以是某个性质力的分力。 3.向心力的作用效果：只改变圆周运动速度的方向，而不改变速度的大小。 4.向心力是变力。匀速圆周运动的向心力虽然大小不变，但其方向时刻改变，匀速圆周运动是在变力作用下的曲线运动。 课堂小结 Lavf58.29.100 $$