6.2向心力 课件（共24张PPT）

(共24张PPT)
第2节 向心力
年 级：高一
学 科：物理（人教版）
圆周运动
线速度
角速度
线速度与角速度关系
推磨
周期与转速
v=Δs/Δt
单位：m/s
矢量：方向与弧线相切
ω=Δθ/Δt
单位：rad/s
T=1/f=1/n
v=ωr
一、向心力
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？
mg
T
T
做圆周运动的物体，其运动状态在不断变化，说明物体一定受到了力的作用。那么迫使物体做圆周运动的力的方向有何特点呢？
一、向心力
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？
忽略小球运动时受到的阻力，在桌面上做匀速圆周运动的小球所受的合力为细线的拉力，拉力即为使小球做圆周运动的力，根据拉力的特点可以知道拉力的方向指向圆心。
mg
FT
FN
FN = mg
F = FT
合
一、向心力
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(centripetal force)。
mg
T
对于做匀速圆周运动的物体，物体的速度大小不发生改变，因此，所受合力只改变速度的方向。
注意：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,是根据力的作用效果命名的。
F
引
T cos = mg
T sin= F
合
小物块在水平圆盘上做匀速圆周运动
物体受哪些力 合外力有何特点
小球在光滑水平木板上做匀速圆周运动
mg
FT
FN
绳子的拉力充当向心力
静摩擦力充当向心力
mg
T
拉力与重力的合力充当向心力
FT = F
n
Ff静 = F
n
F = F
n
合
可以是重力、弹力、摩擦力等。可以是几个力的合力，也可以是某个力的分力。
一、向心力
FN
mg
Ff静
二、向心力的大小
感受向心力的大小
我们先通过实验感受向心力大小与圆周运动的一些运动学量之间的定性关系，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。
在绳子的一端拴一个小球，另一端握在手中。将手举过头顶，使小球在水平面内做圆周运动。此时，小球所受的向心力近似等于手通过绳对小球的拉力。换用不同质量的小球， 并改变小球转动的速度和绳的长度，感受向心力的变化。
mg
T
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系。
二、向心力的大小
向心力演示器：进一步探究向心力的大小与这些量的定量关系。
匀速转动手柄1，使变速塔轮2和3以及长槽4和短槽5随之匀速转动，槽内的小球也随着做匀速圆周运动。小球做匀速圆周运动的向心力由横臂6的挡板对小球的压力提供。
球对挡板的反作用力，通过横臂的杠杆作用使弹簧测力套筒7下降，从而露出标尺 8。根据标尺8上露出的红白相间等分标记，可以粗略计算出两个球所受向心力的比值。
探究实验
二、向心力的大小
探究实验
向心力演示器：进一步探究向心力的大小与这些量的定量关系。
二、向心力的大小
1.向心力大小与圆周运动的半径的关系：
当物体的质量、角速度相同时，探究向心力大小与圆周运动半径的关系；
二、向心力的大小
2.向心力大小与物体的质量的关系：
当物体的角速度、圆周运动的半径相同时，向心力大小与物体的质量的关系；
二、向心力的大小
3.向心力大小与物体的角速度的关系：
当物体的质量、圆周运动的半径相同时，向心力大小与物体的角速度的关系；
二、向心力的大小
1.向心力大小与圆周运动的半径的关系：
2.向心力大小与物体的质量的关系：
3.向心力大小与物体的角速度的关系：
当物体的质量、角速度相同时，探究向心力大小与圆周运动半径的关系；
当物体的角速度、圆周运动的半径相同时，向心力大小与物体的质量成正比；
当物体的质量、圆周运动的半径相同时，向心力大小与物体的角速度成正比；
综上：
当F、m、w、r均取国际单位制时，系数k=1。
理论表达式
二、向心力的大小
Fn=m
v2
r
Fn=m ω2 r
Fn = m r
4π2
T 2
Fn=m ω v
（2）向心力与线速度的关系：
（1）向心力与角速度的关系：
（3）向心力与线速度、角速度的关系：
（4）向心力与周期的关系：
定量关系
G
Ff
FN
洗衣机内的衣服随着滚桶一起匀速转动。
沿光滑漏斗内壁做匀速圆周运动的小球。
ω
θ
m
O
r
mg
FN
F合
二、向心力的大小
ω
F合
三、一般的圆周运动
O
O
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
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？
切向力Ft ：沿着切线方向的力
向心力Fn ：沿着半径（或指向圆心）的力
产生切向加速度，改变速度的大小
产生向心加速度，改变速度的方向
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。
大本第25页
匀速圆周运动
G
FN
F
变速圆周运动
合力全部
提供向心力
F合= Fn
合力的一部分
提供向心力
O
Fn
Ft
F合
v
三、一般的圆周运动
运动轨迹既不是直线也不是圆周的曲线运动称为一般曲线运动。
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。
四、一般的曲线运动
1. 地球质量为 6.0×10 kg，地球与太阳的距离为 1.5×10 m。地球绕太阳的运动可以看作匀速圆周运动。太阳对地球的引力是多少？
五、练习与应用
教材 第30页第1题
S
E
太阳
地球
24
11
2. 把一个小球放在玻璃漏斗中，晃动漏斗，可以使小球在短时间内沿光滑的漏斗壁在某一水平面内做匀速圆周运动。小球的向心力是由什么力提供的？
五、练习与应用
教材 第30页第2题
m
mg
FN
F合
小球所受的重力G、漏斗壁对小球的支持力FN的合力提供了小球做圆周运动的向心力。
3. 如图所示，一个圆盘在水平面内匀速转动，角速度是4 rad/s。盘面上距圆盘中心0.10 m 的位置有一个质量为0.10 kg 的小物体在随圆盘一起做匀速圆周运动。
五、练习与应用
教材 第30页第3题
（1）求小物体所受向心力的大小；
3. 如图所示，一个圆盘在水平面内匀速转动，角速度是4 rad/s。盘面上距圆盘中心0.10 m 的位置有一个质量为0.10 kg 的小物体在随圆盘一起做匀速圆周运动。
五、练习与应用
教材 第30页第3题
（2）关于小物体所受的向心力，甲、乙两人有不同意见：甲认为该向心力等于圆盘对小物体的静摩擦力，指向圆心；乙认为小物体有向前运动的趋势，静摩擦力方向和相对运动趋势方向相反，即向后，而不是和运动方向垂直，因此向心力不可能由静摩擦力提供。你的意见是什么？说明理由。
O
m
圆盘
A
A
B
Ff
4. 如图所示，细绳的一端固定于O点，另一端系一个小球，在 O 点的正下方钉一个钉子A，小球从一定高度摆下。经验告诉我们，当细绳与钉子相碰时，钉子的位置越靠近小球，绳就越容易断。请解释这一现象。
五、练习与应用
教材 第30页第4题
mg
T
v
当质量m和线速度v一定时，碰到钉子后半径越小，小球受到的绳子拉力就越大，绳就越容易断。
v
v
v
v
5. 一辆汽车在水平公路上转弯，沿曲线由M向N行驶，速度逐渐减小。图甲、乙、丙、丁分别画出了汽车转弯时所受合力F的四种方向，你认为哪种是正确的？为什么？
五、练习与应用
教材 第30页第5题
合力大致指向轨迹的弯曲方向，排除甲和丁，合力与速度夹角为锐角时，加速；合力与速度夹角为钝角时，减速。故选丙图。