5.4 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 邹老师 5.4 向心力 向心加速度 新课引入 匀速圆周运动中： “匀速”是指什么？ “圆周”是指什么？ 线速度的______不变 大小 线速度的______改变 方向 匀速圆周运动本质上是一种变速运动 运动状态改变 合外力不为0 有加速度 本节课的核心问题： 做匀速圆周运动的物体，其受力、加速度具有什么特点？ 2 做匀速圆周运动的物体的受力 Q1：松手前，小球受到哪些力？ Q2：松手后，小球做什么运动? 沿轨迹切线做匀速直线运动 Q3：松手后，小球受哪些力？ 3 做匀速圆周运动的物体的受力 松手前，小球做匀速圆周运动 做匀速圆周运动的物体所受合力方向始终指向圆心 始终与速度方向垂直 向心力 4 一、物体做匀速圆周运动的条件 物体做匀速圆周运动的条件: 受到与物体的速度方向垂直，始终指向圆心、且大小不变的合力作用 旋转飞椅 启动前 启动后 Q1：旋转飞椅做匀速圆周运动时，分析飞椅受到的向心力的来源？ Q2：如果飞椅重力为G，悬绳与水平方向的夹角为θ，绳的拉力为多大？飞椅所受向心力为多大？ 重力与悬绳拉力的合力提供向心力 5 一、物体做匀速圆周运动的条件 下列模型中物体做圆周运动的向心力的来源是？ 重力与悬绳拉力的合力提供向心力 摩擦力提供向心力 重力和弹力的合力提供向心力 6 二、向心力 1.向心力的来源 重力、弹力、摩擦力或者这些力的合力(向心力是一个效果力） 2.向心力的方向 与速度方向垂直，始终指向圆心 3.向心力的大小 与哪些因素有关？ 与做匀速圆周运动的物体质量有关 与物体做匀速圆周运动的快慢有关 与物体做匀速圆周运动的半径有关 生活经验告诉我们 （向心力是一个变力） 7 实验探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系 实验方法 控制变量法 实验装置 8 实验探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系 实验方法 控制变量法 实验装置 9 10 实验探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系 注意事项1： 实验开始前打开悬臂上的开关，实验结束后及时关闭 11 实验探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系 注意事项2： 匀速圆周运动的半径， 取砝码中心线的位置 12 实验探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系 注意事项3： 砝码做匀速圆周运动的角速度 经过挡光片的线速度 挡光片到圆心的距离 是间接得到的 实验探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系 实验方案 1.控制质量、角速度不变，改变半径测量向心力 2.控制质量、半径不变，改变角速度测量向心力 3.控制角速度、半径不变，改变质量测量向心力 13 实验探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系 实验数据处理 1.控制质量、角速度不变，改变半径测量向心力 探究的关系 实验结果表明： 匀速圆周运动的向心力F与r成正比 14 实验探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系 实验数据处理 2.控制质量、半径不变，改变角速度测量向心力 15 实验探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系 实验数据处理 实验结果表明： 匀速圆周运动的向心力F与角速度的平方成正比 2.控制质量、半径不变，改变角速度测量向心力 探究的关系 16 实验探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系 实验数据处理 实验结果表明： 匀速圆周运动的向心力F与质量成正比 探究的关系 3.控制角速度、半径不变，改变质量测量向心力 17 二、向心力 3.向心力的大小 与哪些因素有关？ 与做匀速圆周运动的物体质量有关 与物体做匀速圆周运动的快慢有关 与物体做匀速圆周运动的半径有关 生活经验告诉我们 18 二、向心力 有一种游乐项目，游客进入一个大型圆筒状容器后，紧靠竖直筒壁站立。当圆筒开始转动后，转速逐渐增大，游客会感到自己被紧紧地压在筒壁上；当转速增大到一定数值时，底板突然下落了几厘米，游客们惊奇地发现自己竟然没有跟着底板一起下落！ (1) 底板下落前，人随装置做匀速圆周运动时，哪些力在提供向心力？ 向心力始终指向圆心，意味着： 19 二、向心力 有一种游乐项目，游客进入一个大型圆筒状容器后，紧靠竖直筒壁站立。当圆筒开始转动后，转速逐渐增大，游客会感到自己被紧紧地压在筒壁上；当转速增大到一定数值时，底板突然下落了几厘米，游客们惊奇地发现自己竟然没有跟着底板一起下落！ (1) 底板下落前，人随装置做匀速圆周运动时，哪些力在提供向心力？ (2) 底板下落后，哪些力在提供向心力？ 向心力始终指向圆心，意味着： 向心力始终指向圆心，意味着： 20 二、向心力 (3) 设人的质量为50kg，装置的半径为2m，人的衣服与圆筒壁的动摩擦因数为0.5，问：旋转的角速度至少为多大，底板下落后，人不会下落？(g取10N/kg，设最大静摩擦力等于滑动摩擦力） 有一种游乐项目，游客进入一个大型圆筒状容器后，紧靠竖直筒壁站立。当圆筒开始转动后，转速逐渐增大，游客会感到自己被紧紧地压在筒壁上；当转速增大到一定数值时，底板突然下落了几厘米，游客们惊奇地发现自己竟然没有跟着底板一起下落！ 人不下落时： 提问：体重大的人会不会比体重轻的人先掉下去？ 21 二、向心力 22 二、向心力 理想情况：假设桌面光滑，细绳弹力指向圆心，与速度方向垂直 拉动小球做匀速圆周运动： 实际情况 桌面有摩擦力 手指运动轨迹 小球运动轨迹 匀速圆周运动：合力指向圆心 切线方向： 法线方向（垂直切线方向）： 切线方向的合力改变速度大小， 法线方向的合力改变速度方向。 (圆周运动的法线方向就是半径方向） 23 二、向心力 对于变速圆周运动（速度大小改变的圆周运动）： 变速圆周运动：合力不指向圆心 切线方向： 法线方向（半径方向）： 若： 速度大小增大 若： 速度大小减小 对于一般的曲线运动（速度大小、方向都改变）： 切线方向的合力（切向力）： 法线方向的合力（法向力）： 物体受到的所有力分解到法向和切向上： 改变速度大小 改变速度方向 24 二、向心力 1.做圆周运动的物体所受合力一定等于向心力 判断题： 只有匀速圆周运动的物体所受合力才等于向心力 2.做圆周运动的物体所受合力一定指向圆心 3.做圆周运动的物体所受向心力一定指向圆心 25 三、向心加速度 向心力 方向： 大小： 向心加速度 产生 与速度方向垂直，始终指向圆心 牛顿第二定律 与速度方向垂直，始终指向圆心 牛顿第二定律 26 三、向心加速度 向心加速度的理论推导②： 匀速圆周运动： A点 B点 速度的变化量： 27 三、向心加速度 向心加速度的理论推导②： 匀速圆周运动： A点 B点 速度的变化量： 瞬时加速度 瞬时加速度方向指向圆心 28 三、向心加速度 向心加速度的理论推导②： 根据三角形相似： 29 三、向心加速度 判断题： 1.做匀速圆周运动的物体向心加速度不变，所以匀速圆周运动是匀变速运动 匀变速运动 加速度不变的运动 加速度大小不变 加速度方向不变 匀速圆周运动 向心加速度 大小不变 方向始终变化 匀速圆周运动是变速运动，但不是匀变速运动 向心加速度是一种瞬时加速度 30 三、向心加速度 判断题： 2.在地球表面各处的向心加速度都是指向地心的 补充Q：A点和B点哪一个向心加速度更大？ 31 三、向心加速度 判断题： 3.根据公式可知向心加速度与半径成正比 4.根据公式可知，向心加速度与半径成反比 32 四、向心力、向心加速度综合应用 例：如图所示，两个质量相同的小球用长度不等的细线拴在同一点，并在同一水平面内做匀速圆周运动，则它们的（　　） A．角速度相同 B．线速度大小相同 C．向心加速度大小相同 D．受到的向心力大小相同 Step1：分析向心力来源和方向、画受力分析图 Step2：利用已知条件，根据向心力公式列式： 33 四、向心力、向心加速度综合应用 例：如图是一皮带传动装置的示意图，右轮半径为r，A是它边缘上的一点。左侧是一轮轴，大轮半径为4r，小轮半径为2r。B点在小轮上，到小轮中心的距离为r。C点和D点分别位于小轮和大轮的边缘上。如果传动过程中皮带不打滑，那么下面选项正确的是：（　　） A． A、B、C、D点角速度之比为2：1：2：1 B． A、B、C、D点的线速度之比为2：1：2：4 C． A、B、C、D点向心加速度之比为2：1：2：4 D． A点和C点的线速度相等 34 Lavf59.27.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 $$