物理人教版（2019）必修第二册6.2 向心力（共45张ppt)

(共45张PPT)
摩天轮
汽车拐弯
导 入 新 课
行星做圆周运动
本 节 导 航
1. 向心力
2. 变速圆周运动和一般的曲线运动
1.向心力
环青海湖自行车赛
棒球运动
（1）自行车转弯处路面要做成倾斜的？
（2）为什么链球离手后会沿直线（切线）飞出，运动员如何控制它飞出的方向？为什么链球转得越快，人就越站立不稳？
解析:圆周运动也是曲线运动，曲线运动的条件是力与速度不在一条直线上，这样力才能改变物体运动的方向。但链球出手后在重力作用下，做的是抛物线运动，而离手前就能做圆周运动，可见圆周运动物体的受力与抛体受力还有不同的地方。
匀速圆周运动是变速曲线运动
运动状态改变
一定受到外力
一定存在加速度
（1）用细线拉动一个小球甩动起来感受和观察小球的运动情况
分析：
①若是小球的质量不考虑,分析其受力情况和其运动轨迹的情况
②若是小球的质量考虑,分析其受力情况和运动面的情况？
实验
解析
（1） 如果不考虑质量的情况
F
F
F
v
v
v
O
特点：
（1）方向时刻在变化
（2）总指向圆心
（3）时刻与速度方向垂直
（2）若是考略质量的情况
r
θ
O
G
F合
F
结论
（1）向心力：做匀速圆周运动的物体会受到一个始终指向圆心的等效的力的作用，这个力叫做向心力。
（2）向心力由拉力F和重力G的合力提供。
实验装置示意图
（2）在平面内做此实验
O
F
FN
G
受力分析知:小球做圆周运动的向心力由F提供。
静摩擦力使圆台上的人和物体一起做匀速圆周运动
F向= F合= Ff
匀速圆周运动实例分析——向心力的来源
G
Ff
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——向心力的来源
θ
O'
O
R
ω
θ
ω
θ
m
m
O
r
mg
N
F合
mg
N
F合
F合＝mg tanθ
沿光滑漏斗或碗内壁做圆周运动的小球
（1）向心力只是按作用效果命名的，受力分析时不要把向心力当作一个独立的力（不是特殊的力）。
（2）向心力可能是弹力、重力、摩擦力、或者合力。
（3）向心力的方向指向圆心 ，并且与运动方向垂直。
结论
（3）用向心力演示仪来做实验求向心力的大小
向心力演示器
解析
（1）保持两球的半径r和角速度ω相同，研究力和质量的关系
（2）保持两球的质量m和角速度ω相同，研究力和半径的关系
（3）保持两球的质量m和半径r相同，研究力和角速度的关系
（1）当r与ω不变时， F正比于m
（2）当m与ω不变时， F正比于r
（3）当m与 r不变时，F正比于ω2
结论
2.质量为m的球用长为L的细绳悬于天花板的O点，并使之在水平面内做匀速圆周运动，细线与竖直线成θ角，则以下正确的是
A.摆球受重力、拉力和向心力的作用
B.摆球只受重力、拉力的作用
C.摆球做匀速圆周运动的向心力为mgtanθ
D.摆球做匀速圆周运动的向心加速度为gtanθ
BCD
r
θ
O
G
F合
F
1. 如图所示，质量为m的物体与圆筒壁的动摩擦因数为μ，圆筒半径R，若要物体不下滑，圆筒旋转的角速度至少为______rad/s.
课 堂 练 习
2.变速圆周运动和一般的曲线运动
（1）变速圆周运动
性质：变速圆周运动的物体，不仅线速度大小、方向时刻在改变，而且加速度的大小、方向也时刻在改变，也是变加速曲线运动
注意：匀速圆周运动也是变加速运动.
特点：由于变速圆周运动的合力一般不指向圆心，所以变速圆周运动所受的合外力产生两个效果.
①半径方向的分力：产生向心加速度而改变速度方向.
②切线方向的分力：产生切线方向加速度而改变速度大小.
竖直平面内的圆周运动问题的分析：
竖直平面内的圆周运动是典型的变速圆周运动，高考中经常有这种模型，时常与能量及动量相结合。中学物理中只研究物体在最高点与最低点的两种情况.主要有以下两种类型：
考点
无支撑物的小球在竖直平面内达最高点情况
小球到达最高点时，轻绳对小球的作用力情况
（1）临界条件：小球达最高点时绳子的拉力(或轨道的弹力)刚好等于0，小球在最高点的向心力全部由重力来提供，这时有
式中的vmin是小球通过最高点的最小速度，通常叫临界速度vmin.
（2）能通过最高点的条件：v＞vmin
（3）不能通过最高点条件：v拓展与思考：
汽车能通过圆形轨道的最高点吗？
R
联想：过山车上的人为什么不会掉下来
有物体支撑的小球在离地面最高点情况.
小球到达最高点时，轻杆对小球的作用力情况
临界条件：由于硬杆和管壁的支撑作用，小球恰好能到最高点的临界速度vmin=0
①当v=0时，轻杆对小球有竖直向上的支持力N，其大小等于小球的重力，即N=mg；
②当0＜v＜ 时，杆对小球的支持力的方向竖直向上，大小随速度增大而减小，其取值范围是:0＜N＜mg；
③当v= 时，N=0；
④当v＞ 时，杆对小球有指向圆心的拉力，其大小随速度的增大而增大.
（2）一般的曲线运动
定义：运动轨迹既不是直线也不是圆周的曲线运动可以成为一般的曲线运动.
曲线运动速度与加速度：
（1）物体曲线运动速度方向一定变化，因此速度一定变化，但速度大小可以不变。
（2）物体作曲线运动速度方向发生变化，一定存在加速度，但加速度不一定变化。
物体做什么运动是由合外力和速度来决定的 ？
（1）分析物体作什么运动，先要进行受力分析，然后分析合力与速度关系。
（2）物体作曲线运动的条件是：
①合外力的方向(合力大小可以变)与速度方向不在一条直线。
②合外力方向与速度方向夹角小于90°，物体速率增大。
③合外力方向与速度方向夹角大于90°，物体速率减小。
从力的角度研究了匀速圆周运动，知道了向心力的概念、特点、作用效果，以及各种情况向心力的来源，并通过实验研究了向心力的大小。
课 堂 小 结
2022-10-25
1、绳系着装水的桶，在竖直平面内做圆周运动，水的质量m=0.5kg，绳长=40cm.求
（1）桶在最高点水不流出的最小速率？（2）水在最高点速率=3m/s时水对桶底的压力？(g取10m/s2)
2. 质量为m的小球在竖直平面内的圆形轨道的内侧运动，经过最高点而不脱离轨道的临界速度是v，当小球以2v的速度经过最高点时，对轨道的压力大小是（ ）
A. 0 B. mg
C. 3mg D. 5mg
3. 如下图所示，轻杆OA长l＝0.5 m，在A端固定一小球，小球质量m＝0.5 kg，以O点为轴使小球在竖直平面内做圆周运动，当小球到达最高点时，小球的速度大小为v＝0.4 m/s，求在此位置时杆对小球的作用力（g取10 m/s2）
杆对球的作用力竖直向上，F＝4.84 N.
2022-10-25
6.如图所示，质量分别为2m、m、m的A、B、C放在水平的圆盘上，随圆盘在水平面内做圆周运动，转动半径分别为r、r、2r，当转速逐渐增大时，问哪一个物体首先开始滑动.
A
C
B
一、水平转台：
2022-10-25
物体做匀速圆周运动时
当物体刚好滑动时
∴物体能否滑动与m无关,r大的易滑动，
故C物体首先开始滑动.
7：如图,细绳的异端系着质量M=0.6kg的物体,静止在水平面上,另一端通过光滑小孔吊着质量m=3kg的物体,M的中点与原空的距离为0.2m,已知M和平面的最大静摩擦力为2N,现使的此平面绕中心轴线转动,问角速度在什么范围m会相对水平面静止
A
B
7、小球做圆锥摆时细绳长l，与竖直方向成α角，求小球做匀速圆周运动的角速度ω。
O
mg
T
F
小球受力：
竖直向下的重力G
沿绳方向的拉力T
小球的向心力：
由T和G的合力提供
解：
l
小球做圆周运动的半径
由牛顿第二定律：
即：
r
α