6.2 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

开动脑筋，想想能不能用很轻的乒乓球提起较重的水瓶呢？ 什么原因使质量很轻的乒乓球提起较重的水瓶呢？ §6.2 向心力 第六章 圆周运动 探究1：小球在细绳的牵引下在光滑的水平桌面上做匀速圆周运动。如果绳子断了，小球还能做圆周运动吗？ 沿切线方向飞出，做匀速直线运动 探究2：在运动过程中，竖直方向的重力与支持力是什么关系？绳子给小球的作用力在整个运动过程中有什么特点？ G FN F 甲 乙 丙 探究3：如图乙所示，人在水平圆盘上随圆盘做匀速圆周运动。人与图甲中的小球运动情况相同吗？它们的受力是否相似？ G FN f 甲 乙 丙 G FN F 探究4：如图丙所示，小球在细绳的牵引下在空中做匀速圆周运动。小球运动轨迹的圆心在哪？ 探究5：图丙中的小球与图甲中的小球和图乙中的人运动情况相同吗？它们的受力是否也应该相似？ G FN F G FT G FN f 甲 乙 丙 O 向心力 1. 定义：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。 2. 符号：Fn 3.方向：沿着半径指向圆心，与线速度方向垂直 特别注意 （1）由于向心力与运动方向垂直，所以向心力只改变速度方向，不改变速度大小 （2）向心力是根据力的作用效果命名的，凡是指向圆心的力，都是向心力 仔细观察下列各图，说说各图中的向心力由什么提供。 G f FN Fn = FN 仔细观察下列各图，说说各图中的向心力由什么提供。 θ ω θ m O r mg FN F合 Fn = mgtanθ 仔细观察下列各图，说说各图中的向心力由什么提供。 O' O R θ ω m mg FN F合 Fn = mgtanθ 向心力的大小与圆周运动的转速n、半径r和物体质量m有关 在绳子的一端拴一个小沙袋，另一端握在手中，将手举过头顶，使沙袋在水平面内做圆周运动。 1. 保持小球转动的速度和绳的长度不变，改变小球的质量，感受向心力的变化。 2. 保持绳的长度和小球的质量不变，改变小球转动的速度，感受向心力的变化。 3. 保持小球的质量和小球转动的速度不变，改变绳的长度，感受向心力的变化。 向心力的大小 你还能推导出其他向心力的公式吗？ 精确的实验表明，向心力的大小可以表示为： 通过角速度与线速度关系 v = ωr 探究向心力大小的表达式 向心力演示器 实验原理 匀速转动手柄，使变速塔轮以及长槽和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横臂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下降，从而露出标尺。根据标尺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。 1. 图甲为“利用向心力演示器验证向心力公式”的实验示意图，图乙为其俯视图。图中A、B槽分别与a、b轮同轴固定，且a、b轮半径相同。当a、b两轮在皮带的带动下匀速转动时， (1)两槽转动的角速度ωA________ωB(选填“＞”“＝”或“＜”)。 (2)现有两个质量相同的钢球，钢球1放在A槽的横臂挡板处，钢球2放在B槽的横臂挡板处，它们到各自转轴的距离之比为2∶1，则钢球1、2的线速度之比为________；当钢球1、2各自对应的标尺露出的格数之比为________时，向心力公式F＝mω2r得到验证。 ＝ 2∶1 2∶1 1. 地球质量为 6.0×1024 kg，地球与太阳的距离为1.5×1011 m。地球绕太阳的运动可以看作匀速圆周运动。太阳对地球的引力是多少？ 解：地球公转周期为 T = 365×24×3600s = 3.15×107s 3. 如图 6.2-8 所示，一个圆盘在水平面内匀速转动，角速度是 4 rad/s。盘面上距圆盘中心0.10 m 的位置有一个质量为 0.10 kg 的小物体在随圆盘一起做匀速圆周运动。 （1）求小物体所受向心力的大小。 （2）关于小物体所受的向心力，甲、乙两人有不同意见：甲认为该向心力等于圆盘对小物体的静摩擦力，指向圆心；乙认为小物体有向前运动的趋势，静摩擦力方向和相对运动趋势方向相反，即向后，而不是和运动方向垂直，因此向心力不可能由静摩擦力提供。你的意见是什么？说明理由。 甲的意见是正确的。静摩擦力 方向与物体相对接触面运动的趋势相反，从相对运动的视角来看，小物体有相对圆盘沿半径方向向外运动的趋势，故静摩擦力的方向指向圆心。 典例 长为L的细线，拴一质量为m的小球，细线上端固定，让小球在水平面内做匀速圆周运动，如图所示，求细线与竖直方向成 θ 角时：(重力加速度为g) （1）细线中的拉力大小； （2）小球运动的线速度的大小. 圆锥摆 G FT 1 2 3 4 （1）此时小朋友做的是什么运动？ 荡秋千是小朋友很喜欢的游戏，在秋千向下荡的过程中，请思考： 变速圆周运动 G FT G G FT FT （3）什么情况下小朋友做速度越来越大的圆周运动？什么情况下小朋友做速度越来越小的圆周运动？ （4）和同学交流、讨论，总结出做变速圆周运动的物体所受合力有什么特点？ 荡秋千是小朋友很喜欢的游戏，在秋千向下荡的过程中，请思考： 当合力与速度的夹角为锐角时，小朋友的速度越来越大；当合力与速度的夹角为钝角时，小朋友的速度越来越小。 切向 大小 向心 方向 直线 圆周 圆弧 r1 r2 v1 v2 4. 如图 6.2-9 所示，细绳的一端固定于 O点，另一端系一个小球，在 O 点的正下方钉一个钉子A，小球从一定高度摆下。经验告诉我们，当细绳与钉子相碰时，钉子的位置越靠近小球，绳就越容易断。请解释这一现象。 【例题】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 C 谢谢观看 C 如图所示，置于圆形水平转台边缘的小物块随转台加速转动，当转速达到某一数值时，物块恰好滑离转台开始做平抛运动。现测得转台半径R＝0.5 m，离水平地面的高度H＝0.8 m，物块平抛落地过程水平位移的大小s＝0.4 m。设物块所受的最大静摩擦力等于滑动摩擦力，取重力加速度g＝10 m/s2。求： （1）物块做平抛运动的初速度大小v0； （2）物块与转台间的动摩擦因数μ． 1m/s 0.2 Lavf58.29.100 Lavf59.23.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 $$