【新人教版】高中物理必修二 6.2向心力 课件（26张PPT）

(共26张PPT)
新人教版 必修二
6.2 向心力
1.知道向心力是根据力的效果命名的，会分析向心力的来源。
2.感受影响向心力大小的因素，通过实验探究它们之间的关系。
3.掌握向心力的表达式，能够计算简单情境中的向心力。
4.知道变速圆周运动和一般曲线运动的分析方法。
学习目标
引入
游乐场里有各种有趣的游戏项目空中飞椅因其刺激性而深受很多年轻人的喜爱.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？
一、向心力
v
v
v
o
做圆周运动的物体，线速度的方向是时刻改变着的。
那么迫使物体做圆周运动的力的方向有何特点呢？
也就是说其运动状态在不断变化，根据牛顿第一定律说明物体一定受到了力的作用。
思考与讨论：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。用剪刀将细线剪断，观察小球的运动。你认为使小球做圆周运动的力指向何方？
小球将沿着切线方向运动
小球受到几个力的作用
这几个力的合力沿什么方向
小球受到重力、桌面的支持力和绳子的拉力。
重力和支持力相互抵消，合力为绳子的拉力，沿着绳子指向圆心。
轻绳栓一小球,在光滑桌面上做匀速圆周运动
G
FN
F
总指向圆心，沿半径方向与线速度垂直，方向不断变化
只改变线速度的方向，不改变线速度的大小
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
向心力是恒力吗？
2、方向特点：
3、效果：
1、定义：
O
F引
F合＝F引
＝Fn
在匀速圆周运动中，合力提供向心力
4.向心力的来源分析
O
mg
FN
Ff
O
mg
FN
提供向心力
受力分析
Ff
FN+mg
4.向心力的来源分析
T
G
F合
4.向心力的来源分析
总结:物体做匀速圆周运动时由合力提供向心力.
①向心力是根据效果命名的力,并不是一种新的性质的力
②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.
4.向心力的来源分析
例. 把一个小球放在玻璃漏斗中，晃动漏斗，可以使小球沿光滑漏斗壁做在某一水平面内做匀圆周运动，小球的向心力由什么力提供？
θ
O
r
G=mg
FN
F合
支持力与重力的合力提供向心力，也可以说是支持力的水平分力提供向心力。
二、向心力的大小
感受向心力
思考：做圆周运动的物体所受向心力的大小与哪些因素有关系？
绳子长度、沙袋质量，转速
探究向心力大小的表达式
改变半径
思考：实验中如何控制变量？
（传动）
（轴动）
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=wr
通过角速度与周期的关系
三、变速圆周运动和一般曲线运动的受力特点
匀速圆周运动所受的合力提供向心力，方向始终指向圆心；如果一个沿圆周运动的物体所受的合力不指向圆心，还能做匀速圆周运动吗？
当沿圆周运动的物体所受的合力不指向圆心时，物体做变速圆周运动。
O
O
Fn

F合
v
Fn

v
F合
速度增大的圆周运动
速度减小的圆周运动

匀速圆周运动
G
N
F
变速圆周运动
合力全部
提供向心力
合力部分
提供向心力
O
Fn
F
F合
v

一般曲线运动
运动轨迹既不是直线也不是圆周的曲线运动，可以称为一般曲线运动。
r1
r2
一般曲线运动各个地方的弯曲程度不一样，如何研究？
把一般曲线分割为许多极短的小段，每一段都可以看作一小段圆弧。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。在分析质点经过曲线上某位置的运动时可以采用圆周运动的分析方法进行处理。
3、向心力的大小
2、向心力的作用效果：
1、向心力的方向：
4、变速圆周运动中的合力并非向心力
在匀速圆周运动中合力充当向心力
指向圆心
改变速度的方向
Fn=m
当堂检测
1.如图所示是游乐园转盘游戏，游客坐在匀速转动的水平转盘上，与转盘相对静止，关于他们的受力情况和运动趋势，下列说法中正确的是（　　）
A.游客在匀速转动过程中处于平衡状态
B.受到重力、支持力、静摩擦力和向心力的作用
C.游客受到的静摩擦力方向沿半径方向指向圆心
D.游客相对于转盘的运动趋势与其运动方向相反
【思路点拨】　做匀速圆周运动的物体，其所受合力提供向心力，合力方向始终指向圆心。
【解析】　A错：游客做匀速圆周运动，合力指向圆心，处于非平衡状态。
B错：游客所受重力G与支持力FN，二力平衡，合力等于摩擦力Ff，合力提供向心力。
C对：游客受到的静摩擦力方向沿半径方向指向圆心。
D错：游客相对于转盘的运动趋势和其受到的摩擦力方向相反，故应是背离圆心。
C
2.［多选］如图所示为游乐园中的“空中飞椅”设施，游客乘坐飞椅从启动，匀速旋转，再到逐渐停止运动的过程中，下列说法正确的是（　　）
A.游客和飞椅的向心力等于连接飞椅的绳子的拉力
B.游客所受的合外力可能大于游客的向心力
C.当游客做匀速圆周运动时，其所受合外力的方向总是与速度方向垂直
D.当游客做速率减小的曲线运动时，其所受合外力的方向一定与速度方向相反
BC
解析：A错：游客和飞椅的向心力由绳子的拉力在指向圆心方向的分力提供，向心力不等于绳子的拉力。
B对：在启动过程中，合力一部分提供向心力，一部分提供切向加速度使游客和飞椅加速，该过程中游客所受的合力大于游客的向心力。
C对：当游客做匀速圆周运动时，游客所受的合力完全提供向心力，只改变速度方向，不改变速度大小，即所受合力的方向总是与速度方向垂直。
D错：当游客做速率减小的曲线运动时，其所受合力的方向与速度方向成钝角，切线方向的分力产生切向加速度，使游客的速率减小。
3.［多选］如图所示，一个内壁光滑的圆锥筒的轴线垂直于水平面，圆锥筒固定不动，有两个小球A和B紧贴内壁，且A球的质量为B球的2倍，分别在如图所示的水平面内做匀速圆周运动，则（　　）
A.A球的线速度大于B球的线速度
B.A球的角速度小于B球的角速度
C.A球运动周期小于B球运动周期
D.A球对筒壁的压力小于B球对筒壁的压力
AB
4.［多选］如图所示，在匀速转动的圆筒内壁上，有一物体随圆筒一起转动而未滑动。当圆筒的角速度增大以后，下列说法正确的是（　　）
A.物体所受弹力增大，摩擦力增大
B.物体所受弹力增大，摩擦力不变
C.物体所受弹力和加速度都增大
D.物体所受弹力增大，摩擦力减小
BC
解析：物体做匀速圆周运动，合力指向圆心，对物体受力分析：竖直向下的重力、向上的静摩擦力、指向圆心的弹力，如图6-2所示。其中重力G与静摩擦力Ff平衡，与物体的角速度无关，弹力FN提供向心力，所以当圆筒的角速度ω增大以后，向心力增大，物体所受弹力FN增大，根据FN=man得物体的加速度增大。
5.如图所示，是“用圆锥摆粗略验证向心力的表达式”的实验，细线下面悬挂一个钢球，细线上端固定。将画着几个同心圆的白纸置于水平桌面上，使钢球静止时恰好位于圆心。现设法使钢球沿纸上的某个圆周运动。实验步骤如下：
（1）用秒表记下钢球运动n圈的时间t。
（2）通过纸上的圆测出钢球做匀速圆周运动的半径r，并用天平测出钢球质量m。
（3）测出悬点到球心的竖直高度h，用上述测得的量分别表示钢球所需要向心力的表达式F1=　　　　，钢球所受合力的表达式F2=　　　　。下面是一次实验得到的数据，代入上式计算结果F1=　　　　N，F2=　 N，图中细线与竖直方向的夹角θ 比较小，可认为tan θ=sin θ。（g取9.80 m/s2，π2≈9.86，计算结果保留三位小数）
0.101
m/kg r/m n/转 t/s h/m
0.200 0.050 50 99.0 1.00
（4）在误差允许的范围内，可认为F1　　　　F2（选填“=”“>”或“<”），证明向心力的表达式正确。
0.098
=
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