2022-2023年鲁科版(2019)新教材高中物理必修2 第3章圆周运动第2节科学探究向心力课件(共18张PPT)

(共18张PPT)
科学探究：向心力
复习回顾
圆周运动
匀速圆周运动
非匀速圆周运动
变速曲线运动
运动状态（速度）改变
加速度（合外力）一定不为零
那么匀速圆周运动物体所受的合外力有何特点？
小实验
轻绳栓一小球,在光滑水平面做匀速圆周运动。
1、感受一下，手受到什么样的力？小球受力是怎样的？
2、若小球转动过程中，突然松开绳子， 会发生什么现象？
O
G
N
F
对小球受力分析：
O
竖直方向N与G平衡，所以合力为F
O
F
F
F
V
V
V
O
结论：物体做匀速圆周运动时，其合外力指向圆心，且与速度V垂直
3. 作用效果：
只改变速度的方向，不改变速度的大小.
一、向心力
1 . 定义：做圆周运动的物体受到一个始终指向圆心的力的作用，这个力叫做向心力；
2. 方向：
与速度方向垂直，始终指向圆心；
向心力是根据效果命名的力,不是物体真实受到的力,受力分析时不需要分析向心力,只能说某个力或某几个力提供了向心力.
几种常见的匀速圆周运动物体的受力
FN
mg
f
转
盘
几种常见的匀速圆周运动物体的受力
圆
锥
摆
O
θ
O'
FT
mg
F合
4、向心力的来源：
(1)向心力通常由某一个力，或者是某个力的分力，或几个力合力所提供。
(2)物体做匀速圆周运动时，向心力是由合外力提供的，即匀圆运动物体的合外力一定指向其圆运动的圆心。
O
O
思考
Fn
Ft
F合
v
Fn
Ft
v
F合
速度增大的圆周运动
速度减小的圆周运动
如果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。
切向力Ft ：垂直半径方向的合力
向心力Fn ：沿着半径（或指向圆心）的合力
改变速度的大小
改变速度的方向
4、向心力的来源：
(1)向心力通常由某一个力，或者是某个力的分力，或几个力的合力所提供。
(2)物体做匀速圆周运动时，向心力是由合外力提供的，即匀圆运动的物体的合外力一定指向其圆运动的圆心。
(3)物体做非匀速圆周运动时，向心力由沿半径方向的合力提供。
二、向心力的大小
在物理学中，我们认识物理量时可以先定性了解，然后再探究它与不同物理量之间的定量关系。
感受向心力，猜测向心力的大小与哪些因素有关
结论：向心力的大小与质量、半径以及转动的快慢有关
m
r
ω
二、向心力的大小
更加精确的实验表明：物体做圆周运动需要的向心力与物体的质量成正比，与半径成正比，与角速度的二次方成正比。即：
F向＝mω2r
根据r、ω、v、T的关系可知，
ω
G
f
FN
物块随圆桶一起匀速转动
实例分析1
小球沿光滑杯子内壁做匀速圆周运动
ω
F合
θ
θ
m
O
r
mg
N
实例分析2
三、向心加速度
3. 大小：
1 . 定义：做圆周运动的物体受到向心力的作用，由向心力产生的加速度叫做向心加速度；
2. 方向：
与向心力方向一致，始终垂直于速度方向指向圆心；
由 F向=ma向可得：
1. (多选)关于北京和广州随地球自转的向心加速度，下列说法中正确的是(　　 )
A.它们的方向都是沿半径指向地心
B.它们的方向都在平行于赤道的平面内指向地轴
C.北京的向心加速度比广州的向心加速度大
D.北京的向心加速度比广州的向心加速度小
BD
由于北京的地理纬度比广州的大，故北京的半径比广州的小，两地随地球自转的角速度相同，由向心加速度为a＝ω2r ，因此北京随地球自转的向心加速度比广州的小，D正确，C错误。
2. 如图所示，在绕竖直轴匀速转动的水平圆盘上，离轴心r＝20 cm处放置一小物块A，其质量为m＝2 kg，A与圆盘间相互作用的静摩擦力的最大值为其重力的k倍(k＝0.5)。试求：
(1)当圆盘转动的角速度ω1＝2 rad/s时，物块A与圆盘间的静摩擦力为多大？方向如何？
(2)欲使物块A与圆盘间不发生相对滑动，则圆盘转动的最大角速度为多大？(取g＝10 m/s2)
【解析】　(1)对物块，静摩擦力提供向心力，由向心力公式得：
f＝F向＝mω12r＝1.6 N，方向沿半径指向圆心。
(2)欲使物块与圆盘间不发生相对滑动，物块做圆周运动所需的向心力不能大于最大静摩擦力，所以有
mω2r ≤ kmg，
解得 ω＝5 rad/s。
即圆盘转动的最大角速度为5 rad/s。
答案　(1)1.6 N，方向沿半径指向圆心　(2)5 rad/s