6.2向心力（教学课件）-高中物理人教版（2019）必修第二册(共16张PPT)

(共16张PPT)
第六章 圆周运动
第2节 向心力
问题与目标
1、理解向心力的概念
2、知道向心力与哪些因素有关
3、能够应用向心力公式求解圆周运动的相关问题
游乐场中有很多有趣的娱乐项目。空中飞椅、过山车，这些惊险刺激的游戏十分受年轻人的欢迎。在这些娱乐器材运行的过程中，人与器材上的座椅一起做着直线运动或圆周运动，在做圆周运动的过程中，人受到哪些力的作用？合力的方向有什么特点？这就是我们节课要研究的问题。
一、向心力
思考：做圆周运动的物体为什么不沿直线飞去而是沿着个圆周运动？
演示实验：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。
因为它受到了力的作用
v
请分析一下：小球的受力情况是怎样的？你认为使小球做圆周运动的力指向何方？如果用剪刀将细线剪断，小球的运动情况将是怎样的？
小球受重力、支持力、绳子的拉力。
合力是绳子的拉力，方向沿绳子指向圆心。
小球会沿水平方向滚出去。
大量实例都表明，做匀速圆周运动的物体所受的合力总指向圆心，这个指向圆心的力就叫作向心力。
做匀速圆周运动的物体，物体的速度大小不发生改变，所受合力只改变速度的方向。
向心力不是一种特定性质的力，而是一种效果力在对物体进行受力分析时，不需要考虑向心力。
向心力并不是像重力、弹力、摩擦力那样作为具有某种性质的力来命名的。它是由某个力、某几个力的合力或某个力的分力来提供的，是根据力的作用效果命名的。
二、向心力的大小
在物理学中，认识物理量时可以先定性了解，然后再探究不同物理量之间的定量关系。因此，我们也先通过实验感受向心力的大小与圆周运动的一些运动学物理量之间的定性关系，再通过实验，进一步探究向心力的大小与这些量的定量关系。
问题1：你牵绳的手有什么感觉？
答：手有被绳子拉着的感觉，说明手提供了拉力。
问题2：如果增大或减小小沙袋的线速度，手的感觉有何变化？
答：增大小沙袋的线速度，手提供的拉力增大；减小小沙袋的线速度，手提供的拉力减小。
问题3：换用不同质量的小沙袋，并改变绳子的长度，向心力的大小如何变化？
答：向心力的大小随小沙袋的质量和绳子的长度的改变而改变。
问题4：如果松手，将会发生什么现象？
答：小沙袋将会飞出去。
问题5：小沙袋做圆周运动时受到哪些力的作用？所受的合外力是哪个？这个力起了什么作用？
答：小沙袋受到了重力和拉力。所受的合外力是拉力。拉力提供了小沙袋做圆周运动的向心力。
通过上面的实验，我们可以知道：做圆周运动的物体所受向心力的大小与物体的质量、速度、轨道半径等因素有关。我们还可以利用向心力演示器对此进行更深入的研究。
观看播放视频，学习向心力演示器的结构和使用方法
答：F与ω2成正比
问题3：当小球的质量m和运动的半径r相同时，观察运动的角速度ω和小球受到的向心力的比值，F与ω2有什么关系？
答：F与r成正比。
问题2：当小球的质量m和运动的角速度ω相同时观察运动的半径r和小球受到的向心力的比值，F与r有什么关系？
答：F与m成正比。
问题1：用质量不同的钢球和铝球，使它们运动的半径r和角速度ω相同，观察得到露出的方格数比，即两个小球所受向心力的比值，F与m有什么关系？
三、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，结合手握绳子使沙袋加速转动的体会，思考一下：我们使沙袋加速转动时，绳子牵引沙袋的方向与沙袋运动的方向垂直吗？
这也就是说，它所受的合力并不严格指向运动轨迹的圆心。如图所示是做圆周运动的沙袋正在加速转动的情况。O是沙袋运动轨迹的圆心，F是绳对沙袋的拉力。F产生的是怎样的作用效果？
可以把F分解为两个相互垂直的分力：跟圆周相切的分力Ft和指向圆心的分力Fn。Ft与沙袋运动的速度同向，使得沙袋的速度越来越大；Fn指向圆心，提供沙袋做圆周运动所需的向心力，改变沙袋速度的方向。
合力提供向心力的运动是匀速圆周运动，合力同时提供向心力和切向力的圆周运动就是变速圆周运动。
运动轨迹既不是直线也不是圆周的曲线运动，可以称为一般的曲线运动。尽管这时曲线各个位置的弯曲程度不样，但在研究时，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（如下图）这样，在分析质点经过曲线上某位置的运动时，就可以采用圆周运动的分析方法来处理了。
知识总结：