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

6.2 向心力 新知导入 勇敢者转盘，空中飞椅，它们与人一起做匀速圆周运动。 飞椅方向在变 a≠0 F≠0 这个F的方向？ O G FN F O 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。 O F F F O V 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。小球受到哪几个力作用？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？ 思考与讨论 定义：做匀速圆周运动的物体一定受到一个指向圆心的合力 说明：①方向 ②作用 ③命名 受力分析时, 不能多出一个向心力。 一、向心力 ，这个合力叫做向心力。 新知讲解 ④ 向心力来源 向心力是根据力的作用效果命名的，它不是具有确定性质的某种力，它可以是某一个力或者几个力的合力提供的。 O' ω O θ l m mg F合 FT F引 ω O G FN f G f FN ω 学科网 θ O' O R ω θ ω θ m m O r mg FN F合 mg FN F合 总结： 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。 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。 学科网 例1 (多选)下列关于向心力的说法中，正确的是( ) A．物体由于做圆周运动而产生了一个向心力 B．向心力只改变做圆周运动物体的线速度的方向，不改变线速度的大小 C．做匀速圆周运动物体的向心力，一定等于其所受的合力 D．做匀速圆周运动物体的向心力是恒力 BC 例2 (多选)如图所示，用长为L的细线拴住一个质量为M的小球，使小球在水平面内做匀速圆周运动，细线与竖直方向的夹角为θ，关于小球的受力情况，下列说法中正确的是( ) BCD A．小球受到重力、线的拉力和向心力三个力 B．向心力是线对小球的拉力和小球所受重力的合力 C．向心力的大小等于细线对小球拉力的水平分量 D．向心力的大小等于Mgtanθ O' O R θ ω m mg FN F合 F合＝mg tanθ 物体做圆周运动时，所需要向心力的大小与哪些物理量有关呢？ 思考 感受向心力 （1）转动速度和绳长不变，改变质量 （2）绳长和质量不变，改变转动速度 （3）质量和转动速度不变，改变绳长 探究向心力大小的表达式 实验器材：向心力演示器 控制变量法 (1)、结构及原理 (2) 、实验方法 实验 1、用质量比为2:1的钢球和铝球，使他们的运动半径R和角速度ω均相同，观察露出的红白相间方格数的比值为2:1，即两球所受向心力的比值也为2:1，因此可以得出：F与m成正比。 15 2、当m、ω相同时，半径比为2:1，向心力的比值也为2:1，因此F与半径R成正比。 16 3、当m、R相同时，角速度比值为2:1，向心力的比值为4:1，因此F与角速度的平方成正比。 17 二、向心力的大小 例3 如图所示，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4、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？（设最大静摩擦力等于滑动摩擦力） 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 三、变速圆周运动和一般曲线运动 ⑴ 变速圆周运动的合外力也指向圆心吗？ 变速圆周运动的速度大小是怎么改变的？ ⑵ 怎么分析研究一般的曲线运动？ 做变速圆周运动的物体所受的力 F Fn Ft Ft 切向分力，它产生切向加速度，改变速度的大小. Fn 向心分力，它产生向心加速度，改变速度的方向. 结论同时具有向心加速度和切向加速度的圆周运动就是变速圆周运动 ，匀速圆周运动切向加速度为零。 加速 变速圆周 学科网 如图：做圆周运动的沙袋正在加速转动。O是沙袋运动轨迹的圆心 新知讲解 思考与讨论:当物体做圆周运动的线速度逐渐减小时，物体所受合力的方向与速度方向的夹角是大于 90°还是小于 90°呢？ 大于 90° F Fn Ft v0 Ft 与物体运动的速度反向，使得物体的速度越来越小 ；Fn 指向圆心，提供物体做圆周运动所需的向心力，改变物体速度的方向。 把一般曲线分割为许多极短的小段，每一段都可以看作为一小段圆弧，而这些圆弧的弯曲程度不一样，表明它们具有不同的曲率半径。在注意到这点区别之后，分析质点经过曲线上某位置的运动时，就可以采用圆周运动的分析方法对一般曲线运动进行处理了。 r1 r2 处理一般曲线运动的方法： 1、用细线拴柱一球做匀速圆周运动，下列说法中正确的是（ ） A.在线速度一定情况下，线越长越易断 B.在线速度一定情况下，线越短越易断 C.在角速度一定情况下，线越长越易断 D.在角速度一定情况下，线越短越易断 BC 课堂练习 课堂练习 2、如图所示，一辆轿车正在水平路面上转弯，下列说法正确的是(　　) A．水平路面对轿车弹力的方向斜向上 B．轿车受到的静摩擦力提供转弯的向心力 C．轿车受到的向心力是重力、支持力和牵引力的合力 D．轿车所受的合力方向一定与运动路线的切线方向垂直 B 拓展提高 1、两个质量相同的小球，在同一水平面内做匀速圆周运动，悬点相同，如图所示，A运动的半径比B的大，则(　　) A．A所需的向心力比B的大 B．B所需的向心力比A的大 C．A的角速度比B的大 D．B的角速度比A的大　 A A B 拓展提高 2、质量为m的小球在竖直平面内的圆形轨道的内侧运动如图所示，经过最高点而不脱离轨道的速度临界值是v，当小球以2v的速度经过最高点时，对轨道的压力值是（ ） A、0 B、mg C、3mg D、5mg C 3、在水平地面上，用水平拉力拉着木箱沿圆弧匀速转弯，O点为圆心。能正确的表示拉力F及木箱所受摩擦力f 的图是（　　） A B C D B F F F F O O O O 拓展提高 f f f f Lavf57.82.100 $$null