3.2向心力 课件-2024-2025学年高一下学期物理人教版（2019）必修第二册

回顾: 问题2.做匀速圆周运动的物体合力为0吗？ 6.2 向心力 问题1:什么是匀速圆周运动？ 问题3.做匀速圆周运动的物体受到哪些力？其合力方向、大小有何特点？ 生活中例子有哪些？ 一个小球在细线的牵引下,绕光滑桌面上的图钉做匀速圆周运动。 匀速圆周运动实例分析1 1.小球受到哪些力？ 合力方向如何？ 合力始终指向运动轨迹的圆心 3.任何匀速圆周运动的物体合力也时刻指向圆心吗？ yes 大量实验表明:任何做匀速圆周运动的物体所受合力都指向圆心。 这个指向圆心方向的合力叫做向心力。 2.小球所受合力方向与速度方向关系？ 垂直 一.向心力 1.定义： 做匀速圆周运动的物体受到的合外力始终指向圆心， 这个指向圆心方向的合外力叫做向心力。 2.方向： 总指向圆心,与速度垂直,方向不断变化。 O F F F V V V O 3.作用效果： 只改线速度方向,不改线速度大小 4.向心力性质: 向心力是根据力的作用效果来命名的，它不是具有确定性质的某种力(不是真实存在的力)。它可以是某一个力，或者是几个力的合力来提供。 物体相对转盘静止，随盘做匀速圆周运动 F向= F合= Ff 由小球受到的重力、支持力、静摩擦力三个力的合力提供，指向圆心。 即圆盘对木块的静摩擦力Ff ω O G FN Ff 1.物体受哪些力？ 匀速圆周运动实例分析2------向心力来源 2.什么力提供向心力？合力方向如何？ 重力、支持力、静摩擦力 圆锥摆小球做匀速圆周运动 G F F合 r θ O 由小球受到的绳子拉力F和重力G的合力提供，方向指向圆心 匀速圆周运动实例分析3——向心力的来源 也可以说成拉力F在水平方向的分力充当向心力 1.运动小球受到哪些力？ 2.什么力提供向心力？ 3.合力方向如何？ ω G Ff FN F合＝FN = Fn 滚筒洗衣机中物体随滚筒一起匀速转动 物体所受重力、摩擦力和支持力的合力充当向心力 物体所受支持力充当向心力 匀速圆周运动实例分析4——向心力的来源 物体向心力的来源? 匀速圆周运动实例分析4——向心力的来源 小球在光滑玻璃漏斗中做匀速圆周运动 小球在某一平面做匀速圆周运动 物体向心力的来源? θ ω θ m O r mg N F合 物体所受重力和支持力的合力充当向心力 竖直方向 水平方向 物体所受支持力在水平方向上的分力充当向心力 N cosθ =mg F合＝ mgtan θ 【训练1】 如图所示，一圆盘可绕过圆盘中心O且垂直于盘面的竖直轴转动，在圆盘上放一小木块A，它随圆盘一起做匀速圆周运动，则关于木块A的受力，下列说法正确的是(　　) A.木块A受重力、支持力和向心力 B.木块A受重力、支持力和静摩擦力,静摩擦力的方向与木块运动方向相反 C.木块A受重力、支持力和静摩擦力，静摩擦力的方向指向圆心 D.木块A受重力、支持力和静摩擦力,静摩擦力的方向与木块运动方向相同 　C 【例1】 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，合力提供向心力，且其向心力是不变的 B 感受向心力 如图所示，在绳子的一端拴一个小球，另一端握在手中。将手举过头顶，使小球在水平面内做圆周运动。此时，小球所受的向心力近似等于手通过绳对小球的拉力。换用不同质量的小球，并改变小球转动的速度和绳的长度，感受向心力的变化。 向心力大小与哪些因素有关呢? 实验探究 8.标尺 1.转动手柄 2.3变速塔轮 6.横臂挡板 7.弹簧测力套筒 向心力演示器的结构及原理 一.实验方法: 控制变量法(m,r,ω) 4.5长,短槽 1.如何测量向心力的大小？ 2.如何设定轨道半径？如何改变物体质量？ 3.如何控制物体的角速度？ ①保持 r、ω 一定 ②保持ω、m一定 ③保持m、r 一定 Fn与m关系 Fn与r关系 Fn与w关系 Fn与m成正比 Fn与r成反比 Fn与ω2成正比 实验结论 大量实验表明:物体做圆周运动需要的向心力与物体质量成正比，与半径成正比，与角速度的二次方成正比。 5.向心力(Fn)大小 注意:m,w,v,T,r(注意r的找法)的含义 ω O O ω 问题:匀速圆周运动的物体，哪些量不变？哪些量变？ 匀速圆周运动的物体: v、Fn大小不变但方向变,T、w、n不变 r为轨迹圆半径 【例1】 长为L的细线，拴一质量为m的小球(小球可视为质点)，一端固定于O点，让其在水平面内做匀速圆周运动(这种运动通常称为圆锥摆运动)，如图所示。当摆线与竖直方向的夹角是α时，求(重力加速度为g)： (1)细线的拉力的大小； (2)小球运动的线速度的大小； (3)小球运动的角速度及周期。 【例2】 甲、乙两名溜冰运动员，m甲＝80 kg，m乙＝40 kg，面对面拉着弹簧测力计做圆周运动的溜冰表演，如图所示。两人相距0.9 m，弹簧测力计的示数为9.2 N，下列判断中正确的是 (　　) A.两人的线速度相等，约为40 m/s B.两人的角速度相同，为5 rad/s C.两人的运动半径相同，都是0.45 m D.两人的运动半径不同，甲为0.3 m，乙为0.6 m D O O 思考 Fn Fτ F合 v Fn Fτ v F合 速度增大的圆周运动 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？ 切向力：切向方向的力，改变速度大小 法向力：沿着半径(或指向圆心)的力，改变速度方向 匀速圆周运动的物体,向心力由合力提供(合力始终指向圆心) 非匀速圆周运动的物体,向心力由合力沿半径方向的分力提供(合力不指向圆心) 小球在竖直面做变速圆周运动,请确定以下位置时的向心力来源 1.在最高点: 2.在最低点: 3.在其他点: Fn=mg+F拉 Fn=mg Fn=F拉-mg 指向圆心的合力提供 【例3】 如图所示，物块P置于水平转盘上随转盘一起运动，图中c方向沿半径指向圆心，a方向与c方向垂直。当转盘逆时针转动时，下列说法正确的是(　　) A.当转盘匀速转动时，P所受摩擦力方向为c B.当转盘匀速转动时，P不受转盘的摩擦力 C.当转盘加速转动时，P所受摩擦力方向可能为a D.当转盘减速转动时，P所受摩擦力方向可能为b 　A 【训练3】 如图所示，某物体沿光滑圆弧轨道由最高点滑到最低点过程中，物体的速率逐渐增大，则(　　) A.物体的合力为零 B.物体的合力大小不变，方向始终指向圆心O C.物体的合力就是向心力 D.物体的合力方向始终与其运动方向不垂直(最低点除外) D 如图所示，将完全相同的两小球A、B用长L＝0.8 m的细绳悬于以v＝4 m/s向右匀速运动的小车顶部，两球分别与小车前、后壁接触。由于某种原因，小车突然停止运动，求此时细绳的拉力大小之比FB∶FA(g取10 m/s2)。 FB∶FA＝1∶3 (多选)用如图所示的向心力演示器可以探究向心力F和物体质量m、角速度ω以及半径r的关系。实验时，匀速转动手柄使变速塔轮、长槽、短槽和槽内的小球随之匀速转动，使小球做匀速圆周运动的向心力由挡板对小球的弹力提供。小球对挡板的反作用力使弹簧测力套筒下降，从而露出标尺，根据标尺上露出的标记，可以粗略计算出两个小球所受向心力的比值。长槽上的挡板B到转轴的距离是挡板A到转轴距离的2倍，长槽上的挡板A和短槽上的挡板C到各自转轴的距离相等。下列说法正确的是　 A.本实验采用的科学方法是控制变量法 B.将传动皮带套在两塔轮半径不同的轮盘上， 可以改变两个槽内的小球做圆周运动的半径 C.探究向心力F和质量m的关系时，需将传 动皮带套在两塔轮半径相同的轮盘上， 将质量不同的小球分别放在挡板A和挡板C处 D.探究向心力F和角速度ω的关系时，需将传动皮带套在两塔轮半径不同的轮盘上，将质量相同的小球分别放在挡板A和挡板C处 ACD 小结： ⑴向心力是根据效果命名的力，并不是一种新的性质的力。 ⑵向心力的来源：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。物体做匀速圆周运动时，由合力提供向心力。 （3）向心力不是物体真实受到的一个力，不能说物体受到向心力的作用 ，只能说某个力或某几个力提供了向心力。 匀速圆周运动： 非匀速圆周运动： F向是F合的指向圆心方向的分力Fn 向心力的来源：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。 物体做匀速圆周运动时，由合力提供向心力。 小结 B 1、如图所示，在匀速转动的水平转盘上，有一个相对于盘静止的物体，随盘一起转动，关于它的受力情况，下列说法中正确的是 （ ） A．只受到重力和盘面的支持 力的作用; B．只受到重力、支持力和静摩擦力的作用; C．除受重力和支持力外，还受向心力的作用; D．受重力、支持力、静摩擦力和向心力的作用. 巩固练习 2、关于向心力说法中正确的是（ ） A、物体由于做圆周运动而产生的力叫向心力； B、向心力不改变速度的大小； C、做匀速圆周运动的的物体所受向心力是不变的； D、向心力是除物体所受重力、弹力以及摩擦力以外的一种新的力 B 3、用长度不同、材料相同的同样粗细的绳子各栓着一质量相同的小球在光滑水平面上做匀速圆周运动，则： （ ） A、两小球以相同线速度运动时，长绳易断 B、两小球以相同角速度运动时，短绳易断 C、两小球以相同角速度运动时，长绳易断 D、不管怎样都是短绳易断。 C 4、甲乙两物体都做匀速圆周运动,其质量之比为1∶2,转动半径之比为1∶2,在相同时间内甲转过4周，乙转过3周.则它们的向心力之比为（ ） A.1∶4 B.2∶3 C.4∶9 D.9∶16 C 5、质量为m的球用长为L的细绳悬于天花板的O点，并使之在水平面内做匀速圆周运动，细线与竖直线成θ角，则以下正确的是 A.摆球受重力、拉力和向心力的作用 B.摆球只受重力、拉力的作用 C.摆球做匀速圆周运动的向心力为mgtanθ D.摆球做匀速圆周运动的向心加速度为gtanθ 答案：BCD r θ O G F合 F 6、 长为L的细线，拴一质量为m的小球，小球的一端固定于O1点，让其在水平面内作匀速圆周运动，形成圆锥摆，如图所示，求摆线与竖直方向成θ时： （1）摆线中的拉力大小 （2）小球运动的线速度的大小 （3）小球做匀速圆周运动的周期 变式训练：小球做圆锥摆时细绳长L，与竖直方向成θ角，求小球做匀速圆周运动的角速度ω。 7.如图所示，一个内壁光滑的圆锥形筒的轴线垂直于水平面，圆锥筒固定不动，两个质量相同的小球A和B紧贴着内壁分别在图中所示的水平面内做匀速圆周运动，则( ) A.球A的线速度一定大于球B的线速度 B.球A的角速度一定小于球B的角速度 C.球A的运动周期一定小于球B的运动周期 D.球A对筒壁的压力一定大于球B对筒壁的压力 mg N F AB 8.如图，半径为r的圆筒绕竖直中心轴转动，小橡皮块紧帖在圆筒内壁上，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 9.质量为m的小球，用长为 L的线悬挂在O点，在O点正下方处有一光滑的钉子O′，把小球拉到右侧某一位置释放，当小球第一次通过最低点P时( ) A、小球速率突然减小 B、小球角速度突然增大 C、小球向心加速度突然增大 D、摆线上的张力突然增大 BCD 10. 质量相等的小球A和B分别固定在轻杆的中点及端点，如图所示.当杆在光滑水平桌面上绕O点匀速转动时，求杆OA段及AB段对球的拉力之比 Lavf59.23.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 Lavf59.23.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 $$