第6章 2 向心力(课件)-【学而思·PPT课件分层练习】2024-2025学年高一物理必修第二册（人教版2019）

2　向心力 必备知识 清单破 知识点 1 知识点 1 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.作用效果:向心力只改变速度的方向,不改变速度的大小。 3.来源:向心力可以由某个力或者几个力的合力提供,也可由某个力的分力提供。向心力是根 据力的作用效果命名的。 第1讲　描述运动的基本概念 1.向心力演示器 知识点 1 知识点 2 探究向心力大小的表达式 第1讲　描述运动的基本概念 控制变量 探究内容 ω、r相同,改变m 探究向心力Fn与质量m的关系 m、r相同,改变ω 探究向心力Fn与角速度ω的关系 m、ω相同,改变r 探究向心力Fn与半径r的关系 2.探究方法 3.向心力表达式 精确的实验表明,向心力的大小可以表示为:Fn=mω2r或Fn=m 。 将v=ωr、ω= 代入Fn=mω2r,可得向心力的不同表达式:Fn=m r=mωv。 第1讲　描述运动的基本概念 特别提醒    向心力表达式是从匀速圆周运动得出的,但也适用于一般的圆周运动,只是在运 用公式求解一般的圆周运动中某点的向心力时,必须用该点对应的瞬时速度和半径。 第1讲　描述运动的基本概念 1.变速圆周运动的受力特点 做变速圆周运动的物体,其所受的合力不指向圆心。合力F可以分解为两个互相垂直的分力: 跟圆周相切的分力Ft和指向圆心的分力Fn。Ft产生切线方向的加速度,切向加速度与物体的 速度方向共线,改变速度的大小;Fn产生指向圆心方向的加速度,与速度方向垂直,改变速度的 方向。 (1)如图甲所示,合力F与速度v方向的夹角θ大于90°,物体做减速圆周运动。   知识点 1 知识点 3 变速圆周运动和一般曲线运动的受力特点 第1讲　描述运动的基本概念 (2)如图乙所示,合力F与速度v方向的夹角θ小于90°,物体做加速圆周运动。   2.一般曲线运动的研究方法 如图所示,可以把曲线分割成许多很短的小段,每一小段可看作一小段圆弧,研究质点在每一 小段的运动时,可以采用圆周运动的分析方法进行处理。 第1讲　描述运动的基本概念 知识辨析 1.向心力对物体运动的速度大小与方向有什么影响? 2.圆周运动中,合外力等于向心力吗? 3.物体做圆周运动的速度越大,向心力一定越大吗? 第1讲　描述运动的基本概念 一语破的 1.向心力只能改变速度的方向,不能改变速度的大小。 2.不一定。匀速圆周运动的合外力等于向心力,变速圆周运动的向心力是合外力的一个分 力。 3.不一定。物体做圆周运动所需的向心力,不仅和物体的速度有关,还和物体的质量、运动半 径有关。 第1讲　描述运动的基本概念 1.应用向心力公式解题的一般步骤 向心力公式实质上就是牛顿第二定律在圆周运动中的具体应用。用向心力公式解题的思路 与用牛顿第二定律解题的思路相似。 (1)明确研究对象,进行受力分析,画出受力示意图; (2)分析运动情况,确定运动的平面、圆心和半径,明确向心力的方向; (3)在向心力方向上,列出合力的表达式,根据向心力公式列方程求解。 关键能力 定点破 定点1 应用向心力公式解答圆周运动问题 第1讲　描述运动的基本概念 实例受力图解 力的合成与分解 原理与应用   转盘对物体的静摩擦力提供 向心力   FN=mg; Ff=F合=mω2r≤Ffmax 2.几种常见的匀速圆周运动 第1讲　描述运动的基本概念   重力和细线的拉力的合力提 供向心力   或     或 F合=mg tan θ=mω2l sin θ   筒壁对物体的 弹力提供向心力   Ff=mg; FN=F合=mω2r 第1讲　描述运动的基本概念   重力和侧壁的弹力的合力提 供向心力   或     或 F合= =mω2r   重力和升力的合力提供向心 力   或     或 F合=mg tan θ=mω2r 第1讲　描述运动的基本概念   细线的拉力提供向心力   FN=Mg FT=mg= F合=Mω2r 第1讲　描述运动的基本概念 1.圆周运动中的连接体问题 (1)圆周运动中的连接体问题是指两个或两个以上的物体通过一定的约束绕同一转轴做圆周 运动的问题。 (2)这类问题的一般解题思路是:分别隔离物体进行受力分析,画出受力示意图,确定轨道平面 和半径。 (3)要特别注意物理量间的关系,例如,同轴转动的两物体角速度、周期和转速相同,连接杆(或 连接绳)对关联两物体的作用力等大、反向,等等。 定点2 涉及连接体圆周运动的实例分析 第1讲　描述运动的基本概念 情景图示 情景分析 A、B两小球固定在杆上 计算杆OA段的拉力时,以小球A为研究对象, 杆OA段与AB段拉力的合力提供向心力;计算 杆AB段的拉力时,以小球B为研究对象,杆AB 段的拉力提供向心力   A、B两物块间由轻绳(或轻杆)连接,随转盘 一起转动 当转盘的转速逐渐增大时,物块A受到的静摩 擦力先达到最大值;转速继续增加,A、B间绳 子开始有拉力,当B受到的静摩擦力达到最大 值后两物块开始滑动(A、B两物块与转盘间 动摩擦因数相等) 2.常见的情景分析 第1讲　描述运动的基本概念 A、B两小球用轻线相连,穿在光滑轻杆上 两球随杆绕转轴O在水平面内做圆周运动 时,两球所受向心力大小相等,角速度相同,圆 周运动的轨道半径之比等于小球质量的反 比 特别提醒    圆周运动中的连接体经常涉及临界问题,需考虑达到临界条件时物体所处的状 态,分析该状态下物体的受力特点,结合圆周运动知识列方程求解。通常涉及的两种力的临 界条件为:a.与绳(线)、接触面的弹力有关的临界条件,弹力恰好为零;b.与静摩擦力有关的临 界条件,静摩擦力达到最大值。 第1讲　描述运动的基本概念 典例　如图,在匀速转动的水平圆盘上,沿直径方向放着用细线相连的质量均为m的两物体A 和B【1】,它们分居圆心两侧【2】,与圆心间的距离分别为rA=r,rB=2r,两物体与盘间的动摩擦因数 相同,均为μ,最大静摩擦力等于滑动摩擦力。当圆盘转速加快到两物体刚好还未发生滑动 【3】时,已知重力加速度为g,下列说法正确的是 (　    ) A.此时细线张力为4μmg B.此时圆盘的角速度为ω=  C.此时A所受摩擦力方向沿半径指向圆心 D.此时B所受摩擦力方向沿半径背离圆心 第1讲　描述运动的基本概念 信息提取 【1】细线中产生张力时,张力也沿直径方向,可提供向心力。 【2】A、B的向心力沿半径指向圆心,方向相反。 【3】细线的拉力与摩擦力的合力提供向心力。当圆盘角速度较小时A、B受力如图甲所示, 角速度较大时A、B受力如图乙所示。 第1讲　描述运动的基本概念 思路点拨 解答本题的关键点有两个:(1)当圆盘转速加快到两物体刚好还未发生滑动时,A、B所受摩擦 力都达到最大静摩擦力; (2)对A、B进行受力分析,由牛顿第二定律求出A、B两物体与圆盘保持相对静止的最大角速 度及细线的拉力。 第1讲　描述运动的基本概念 解析　两物体A和B随着圆盘匀速转动时,合外力提供向心力,则F=mω2R,B的运动半径比A的 运动半径大,所以B所需向心力大,细线上各处拉力相等,所以当圆盘转速加快到两物体刚好 还未发生滑动时,A、B所受摩擦力都达到最大静摩擦力,此时B所受的静摩擦力方向指向圆 心,A所受的静摩擦力方向背离圆心,选项C、D错误;设此时细线的拉力大小为T,根据牛顿第 二定律,对B有T+μmg=2mω2r,对A有T-μmg=mω2r,联立解得T=3μmg,ω= ,选项B正确,A错 误。 答案    B 第1讲　描述运动的基本概念 $$