6.2向心力 课件（25张PPT）
文档属性
| 名称 | 6.2向心力 课件（25张PPT） |  | |
| 格式 | pptx | ||
| 文件大小 | 26.1MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2021-12-04 19:35:56 | ||
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文档简介
第六章 圆周运动
6.2 向心力
空中飞椅与人一起做匀速圆周运动的过程中，受到了哪些力？所受合力的方向有什么特点？
温故知新
什么是匀速圆周运动？
物体沿着圆周运动，且线速度的大小处处相等
匀速圆周运动的物体速度是否改变？
速度大小不变方向不断变化
速度变化
具有加速度
合外力不为零合外力有何特点？
观察分析
光滑水平桌面，一根细绳系住小球，小球做匀速圆周运动。
小球受几个力的作用？小球的合外力有何特点？
受力分析
结论：做匀速圆周运动的物体，合外力指向圆心，始终与速度V垂直。
向心力
1.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，这个力叫做向心力。
2.方向：总指向圆心，与线速度垂直，方向不断变化。
3.效果：只改变速度方向，不改变速度大小。
轻绳栓一小球，在光滑水平面做匀速圆周运动。小球向心力的来源？
O
G
FN
F
向心力由小球受到的桌面支持力FN、小球的重力G、绳子的拉力F的合力提供。也可以说是细绳拉力提供向心力。
匀速圆周运动实例分析(1)
F向= F合= F
4.向心力来源
物体相对转盘静止，随盘做匀速圆周运动
F向= F合= f
由物块受到的重力、支持力、静摩擦力三个力的合力提供。即圆盘对木块的静摩擦力f
ω
O
G
FN
f
匀速圆周运动实例分析（2）
G
f
FN
ω
讨论：物块随着圆桶一起匀速转动时，物块的受力？物块向心力的来源?
物块做匀速圆周运动时，合力提供向心力，即桶对物块的支持力。
匀速圆周运动实例分析（3）
学科网
F向= F合= FN
如图：拉力和重力的合力提供物体做匀速圆周运动向心力。
O'
ω
O
θ
l
m
mg
F合
FT
匀速圆周运动实例分析（4）
竖直方向：FN cosθ＝mg
水平方向：F合＝mg tanθ=mω2 L
分析圆锥摆小球的向心力来源
该错误在于对轨道半径认识不够
竖直方向：FN cosθ＝mg
水平方向：
F合＝mgtanθ=mω2 Lsinθ=mω2 htanθ
h
θ
O
R
ω
θ
ω
θ
m
m
mg
FN
F合
mg
FN
F合
沿光滑漏斗或碗内壁做圆周运动的小球
匀速圆周运动实例分析（5）
以上两处错误在于对轨道平面和圆心位置认识不够
θ
O'
O
R
ω
θ
ω
θ
m
m
O
r
mg
FN
F合
mg
FN
F合
竖直方向:
FN cosθ＝mg
水平方向:
F合＝mg tanθ＝mω2r
竖直方向：
FN cosθ＝mg
水平方向：
F合＝mg tanθ=mω2 R sinθ
沿光滑漏斗或碗内壁做圆周运动的小球
匀速圆周运动实例分析（5）
向心力特点总结：
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来源：可以是重力、弹力、摩擦力单独提供的力，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，合力提供向心力。
（3）向心力不是实际受到的力，不能说受到向心力作用 ，只能说某力或某几力提供了向心力。
（4）向心力是变力，方向时刻变化。
向心力的大小如何确定？与哪些因素有关？
二、探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系
探究方案一 感受向心力
1.实验原理：沙袋在水平面内做
匀速圆周运动，此时沙袋
所受的向心力近似等于 .
绳对沙袋的拉力
2.实验步骤
(1)质量和角速度不变，改变半径，比较向心力与 的关系.
(2)质量和半径不变，改变角速度，比较向心力与 的关系.
(3)角速度和半径不变，改变质量，比较向心力与______的关系.
3.实验结论：半径越 ，角速度越 ，质量越 ，向心力越大
半径
角速度
大
大
大
质量
探究方案二 用向心力演示器定量探究
1.实验原理
(1)相同角速度ω获取:
皮带套在相同半径的圆盘上，
(2)n倍数角速度ω获取:
皮带套在半径比为n:1的圆盘上，
(3)相同和不同转动半径r获取:长槽内外和短槽外
(4)向心力来源： 挡板对小球的压力
(5)向心力比值大小的记录：标尺8上露出的红白相间等分标记，可以粗略计算向心力的比值.
向心力演示器
2.实验探究
(1)Fn与m关系：r和ω相同，则m不同、相同圆盘. 、长内
(2)Fn与r关系：m和ω相同，则m相同、相同圆盘. 、长外
(3)Fn与ω关系：m和r相同，则m相同、不同圆盘. 、长内
3.实验结论：
半径和角速度一定，向心力大小与质量成 .
质量和角速度一定，向心力大小与半径成 .
质量和半径一定，向心力大小与 成正比.
正比
正比
角速度的平方
正比
{5C22544A-7EE6-4342-B048-85BDC9FD1C3A}
ω1:ω2
r1:r2
m1:m2
F1:F2
实验一
1:1
1:1
1:2
1:2
{5C22544A-7EE6-4342-B048-85BDC9FD1C3A}
ω1:ω2
r1:r2
m1:m2
F1:F2
实验二
1:1
1:1
2:1
2:1
{5C22544A-7EE6-4342-B048-85BDC9FD1C3A}
ω1:ω2
r1:r2
m1:m2
F1:F2
实验三
1:1
1:1
1:1
1:1
1:2
1:4
1:3
1:9
向心力常见表达式：
?????????=????????2????
?
????????=????????2????
?
????????=????????????
?
????????=????4????2????2????
?
????????=?4????2????2????????
?
课堂训练
1．一个小球在细绳的拉力作用下，绕某固定点在水平面内作匀速圆周运动，空气阻力不计。小球在运动过程中不发生改变的物理量是（ ）
A．速度 B．角速度
C．加速度 D．向心力
B
2．如图，用向心力演示器探究向心力大小的表达式，已知小球在挡板A、B、C处做圆周运动的轨迹半径之比为1∶2∶1，在利用该装置做探究向心力与角速度之间的关系时，应让质量相同的小球分别放在______处，同时选择半径______的两个塔轮。
A．挡板A与挡板B，相同B．挡板A与挡板C，相同
C．挡板A与挡板C，不同D．挡板A与挡板B，不同
C
变速圆周运动和一般曲线运动的受力特点
仔细观察运动员掷链球时的动作，运动员使链球加速转动时，绳子牵引链球的方向并不与链球运动的方向垂直。也就是说，链球加速时，它所受的合力并不严格指向运动轨迹的圆心。
链球正在加速转动的情况
（1）圆心：O是链球运动轨迹的圆心，
（2）受力分析：F是绳对链球的拉力。
（3）向心力来源：F分解为两个相互垂直的分力：跟圆周相切
的分力F和指向圆心的分力F。
（4）动力学分析：
?F1与链球运动的速度同向，使得链球的速度越来越大；
?Fn指向圆心，提供链球做圆周运动所需的向心力，改变链球
速度的方向。
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。
可以把这条曲线分割为许多很短的小段，质点在每小段的运动都可以看作圆周运动的一部分。只是不同位置对应的“圆周运动”的“圆心”和“半径”不同。
一般的曲线运动
（1）定义：运动轨迹既不是直线也不是圆周的曲线运动，可以称为一般的曲线运动。
（2）研究方法：采用圆周运动的分析方法来处理。
匀速圆周运动与变速圆周运动的比较
例：双人花样滑冰运动中,女运动员被男运动员拉着离开冰面在空中做圆锥摆运动,若女运动员做圆锥摆运动时和竖直方向的夹角约为θ,女运动员的质量为m,转动过程中女运动员的重心做匀速圆周运动的半径为r,求:
(1)男运动员对女运动员的拉力大小。
(2)男运动员转动的角速度。
匀速圆周运动问题的解题策略
1.运动分析：确定圆周运动轨道平面,圆心和半径。
2.向心力来源分析：明确向心力是由什么力提供的。
3.选择合适的公式列式求解。
课堂小结
6.2 向心力
空中飞椅与人一起做匀速圆周运动的过程中，受到了哪些力？所受合力的方向有什么特点？
温故知新
什么是匀速圆周运动？
物体沿着圆周运动，且线速度的大小处处相等
匀速圆周运动的物体速度是否改变？
速度大小不变方向不断变化
速度变化
具有加速度
合外力不为零合外力有何特点？
观察分析
光滑水平桌面，一根细绳系住小球，小球做匀速圆周运动。
小球受几个力的作用？小球的合外力有何特点？
受力分析
结论：做匀速圆周运动的物体，合外力指向圆心，始终与速度V垂直。
向心力
1.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，这个力叫做向心力。
2.方向：总指向圆心，与线速度垂直，方向不断变化。
3.效果：只改变速度方向，不改变速度大小。
轻绳栓一小球，在光滑水平面做匀速圆周运动。小球向心力的来源？
O
G
FN
F
向心力由小球受到的桌面支持力FN、小球的重力G、绳子的拉力F的合力提供。也可以说是细绳拉力提供向心力。
匀速圆周运动实例分析(1)
F向= F合= F
4.向心力来源
物体相对转盘静止，随盘做匀速圆周运动
F向= F合= f
由物块受到的重力、支持力、静摩擦力三个力的合力提供。即圆盘对木块的静摩擦力f
ω
O
G
FN
f
匀速圆周运动实例分析（2）
G
f
FN
ω
讨论：物块随着圆桶一起匀速转动时，物块的受力？物块向心力的来源?
物块做匀速圆周运动时，合力提供向心力，即桶对物块的支持力。
匀速圆周运动实例分析（3）
学科网
F向= F合= FN
如图：拉力和重力的合力提供物体做匀速圆周运动向心力。
O'
ω
O
θ
l
m
mg
F合
FT
匀速圆周运动实例分析（4）
竖直方向：FN cosθ＝mg
水平方向：F合＝mg tanθ=mω2 L
分析圆锥摆小球的向心力来源
该错误在于对轨道半径认识不够
竖直方向：FN cosθ＝mg
水平方向：
F合＝mgtanθ=mω2 Lsinθ=mω2 htanθ
h
θ
O
R
ω
θ
ω
θ
m
m
mg
FN
F合
mg
FN
F合
沿光滑漏斗或碗内壁做圆周运动的小球
匀速圆周运动实例分析（5）
以上两处错误在于对轨道平面和圆心位置认识不够
θ
O'
O
R
ω
θ
ω
θ
m
m
O
r
mg
FN
F合
mg
FN
F合
竖直方向:
FN cosθ＝mg
水平方向:
F合＝mg tanθ＝mω2r
竖直方向：
FN cosθ＝mg
水平方向：
F合＝mg tanθ=mω2 R sinθ
沿光滑漏斗或碗内壁做圆周运动的小球
匀速圆周运动实例分析（5）
向心力特点总结：
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来源：可以是重力、弹力、摩擦力单独提供的力，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，合力提供向心力。
（3）向心力不是实际受到的力，不能说受到向心力作用 ，只能说某力或某几力提供了向心力。
（4）向心力是变力，方向时刻变化。
向心力的大小如何确定？与哪些因素有关？
二、探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系
探究方案一 感受向心力
1.实验原理：沙袋在水平面内做
匀速圆周运动，此时沙袋
所受的向心力近似等于 .
绳对沙袋的拉力
2.实验步骤
(1)质量和角速度不变，改变半径，比较向心力与 的关系.
(2)质量和半径不变，改变角速度，比较向心力与 的关系.
(3)角速度和半径不变，改变质量，比较向心力与______的关系.
3.实验结论：半径越 ，角速度越 ，质量越 ，向心力越大
半径
角速度
大
大
大
质量
探究方案二 用向心力演示器定量探究
1.实验原理
(1)相同角速度ω获取:
皮带套在相同半径的圆盘上，
(2)n倍数角速度ω获取:
皮带套在半径比为n:1的圆盘上，
(3)相同和不同转动半径r获取:长槽内外和短槽外
(4)向心力来源： 挡板对小球的压力
(5)向心力比值大小的记录：标尺8上露出的红白相间等分标记，可以粗略计算向心力的比值.
向心力演示器
2.实验探究
(1)Fn与m关系：r和ω相同，则m不同、相同圆盘. 、长内
(2)Fn与r关系：m和ω相同，则m相同、相同圆盘. 、长外
(3)Fn与ω关系：m和r相同，则m相同、不同圆盘. 、长内
3.实验结论：
半径和角速度一定，向心力大小与质量成 .
质量和角速度一定，向心力大小与半径成 .
质量和半径一定，向心力大小与 成正比.
正比
正比
角速度的平方
正比
{5C22544A-7EE6-4342-B048-85BDC9FD1C3A}
ω1:ω2
r1:r2
m1:m2
F1:F2
实验一
1:1
1:1
1:2
1:2
{5C22544A-7EE6-4342-B048-85BDC9FD1C3A}
ω1:ω2
r1:r2
m1:m2
F1:F2
实验二
1:1
1:1
2:1
2:1
{5C22544A-7EE6-4342-B048-85BDC9FD1C3A}
ω1:ω2
r1:r2
m1:m2
F1:F2
实验三
1:1
1:1
1:1
1:1
1:2
1:4
1:3
1:9
向心力常见表达式：
?????????=????????2????
?
????????=????????2????
?
????????=????????????
?
????????=????4????2????2????
?
????????=?4????2????2????????
?
课堂训练
1．一个小球在细绳的拉力作用下，绕某固定点在水平面内作匀速圆周运动，空气阻力不计。小球在运动过程中不发生改变的物理量是（ ）
A．速度 B．角速度
C．加速度 D．向心力
B
2．如图，用向心力演示器探究向心力大小的表达式，已知小球在挡板A、B、C处做圆周运动的轨迹半径之比为1∶2∶1，在利用该装置做探究向心力与角速度之间的关系时，应让质量相同的小球分别放在______处，同时选择半径______的两个塔轮。
A．挡板A与挡板B，相同B．挡板A与挡板C，相同
C．挡板A与挡板C，不同D．挡板A与挡板B，不同
C
变速圆周运动和一般曲线运动的受力特点
仔细观察运动员掷链球时的动作，运动员使链球加速转动时，绳子牵引链球的方向并不与链球运动的方向垂直。也就是说，链球加速时，它所受的合力并不严格指向运动轨迹的圆心。
链球正在加速转动的情况
（1）圆心：O是链球运动轨迹的圆心，
（2）受力分析：F是绳对链球的拉力。
（3）向心力来源：F分解为两个相互垂直的分力：跟圆周相切
的分力F和指向圆心的分力F。
（4）动力学分析：
?F1与链球运动的速度同向，使得链球的速度越来越大；
?Fn指向圆心，提供链球做圆周运动所需的向心力，改变链球
速度的方向。
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。
可以把这条曲线分割为许多很短的小段，质点在每小段的运动都可以看作圆周运动的一部分。只是不同位置对应的“圆周运动”的“圆心”和“半径”不同。
一般的曲线运动
（1）定义：运动轨迹既不是直线也不是圆周的曲线运动，可以称为一般的曲线运动。
（2）研究方法：采用圆周运动的分析方法来处理。
匀速圆周运动与变速圆周运动的比较
例：双人花样滑冰运动中,女运动员被男运动员拉着离开冰面在空中做圆锥摆运动,若女运动员做圆锥摆运动时和竖直方向的夹角约为θ,女运动员的质量为m,转动过程中女运动员的重心做匀速圆周运动的半径为r,求:
(1)男运动员对女运动员的拉力大小。
(2)男运动员转动的角速度。
匀速圆周运动问题的解题策略
1.运动分析：确定圆周运动轨道平面,圆心和半径。
2.向心力来源分析：明确向心力是由什么力提供的。
3.选择合适的公式列式求解。
课堂小结