物理人教版（2019）必修第二册6.2向心力 （共48张ppt）

(共48张PPT)
首先要突出说明的是选题的现实价值，每一个研究的目的都是为了指导现实生活，一定要讲清本选题的研究有什么实际作用、解决什么问题；其次再写课题的理论和学术价值。
6.2 向心力
第六章 圆周运动
首先要突出说明的是选题的现实价值，每一个研究的目的都是为了指导现实生活，一定要讲清本选题的研究有什么实际作用、解决什么问题；其次再写课题的理论和学术价值。
导入新课
通过前面的学习我们知道，圆周运动实质上是曲线运动，因此当物体做圆周运动时肯定受到力的作用。
对于物体做圆周运动所受的力，我们如何去进行描述？这个的大小如何表示？力的方向如何描述？
Part 01
向心力
首先要突出说明的是选题的现实价值，每一个研究的目的都是为了指导现实生活，一定要讲清本选题的研究有什么实际作用、解决什么问题；其次再写课题的理论和学术价值。
线速度的大小处处相等的圆周运动叫做匀速圆周运动
匀速圆周运动的速度方向在不断变化
是一种变速运动
必然具有加速度
做匀速圆周运动的物体所受合外力不为零
匀速圆周运动
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FN=G
合力指向圆心
匀速圆周运动的物体向心力方向，根据牛顿第二定律，加速度方向和合外力方向一致指向圆心
想一想
合力
光滑桌面上一个小球由于细线的牵引，绕桌面上的图钉做匀速圆周运动。小球受到几个力的作用？这几个力的合力沿什么方向？
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3.方向：指向圆心(方向时刻变化)，向心力方向与速度方向垂直，是变力。
4.作用效果：只改变速度的方向，不改变速度的大小。
2.符号：Fn
O
F
F
F
v
v
O
5.大小：探究
1.定义：做匀速圆周运动的物体所受的合力总指向圆心，这个指向圆心的力叫作向心力。
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1、体验向心力的大小
猜想：向心力大小可能与 _ ______________________________ 有关
物体质量、
轨道半径、
运动快慢
2、演示实验：用向心力演示器演示
探究向心力大小的表达式
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3、实验器材：向心力演示器
匀速转动手柄，可使塔轮、长槽和短槽匀速转动，槽内的小球也就随之做匀速圆周运动。挡板对小球的作用力提供了小球做匀速圆周运动的向心力。同时，小球挤压挡板的力使挡板另一端压缩测力套筒的弹簧，压缩量可从标尺上读出，该读数即显示了向心力的大小。
4、结构及原理
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5.实验方法:
控制变量法
（1）F与m的关系
保持r、ω一定
保持ω 、m一定
（3）F与ω的关系
保持m、 r一定
（2）F与r的关系
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根据 推导向心力的另一表达式：
公式：
Fn＝mω2r
又因为
故向心力公式为：
实验结论: 物体做圆周运动需要的向心力与物体质量成正比，与半径成正比，与角速度的二次方成正比。
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1.实验的基本原理？
2.实验需要的器材？
r
O'
O
θ
l
h
FT
G
F合
3.实验需要测量的数据有哪些？如何测量？
F合＝mg tanθ
验证：g/h=(2πn/t)2
从运动的角度求得Fn ；从受力的角度求得F合 ；将Fn 和F合 进行比较
钢球、细线、白纸、秒表、直尺
转n圈数所用时间t、h
实验：用圆锥摆粗略验证向心力的表达式
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注意事项
r
O'
O
θ
l
h
1. h 并不等于纸面距悬点的高度
2. 小球与纸面不能接触
3. 测 t 时不能太久
4. 启动小球时应确保小球做的是
匀速圆周运动
Part 02
向心力来源
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O
F引
1.人造卫星绕地球运行(地球绕太阳运转)
F合＝F引 ＝Fn
人造卫星绕地球做（近似）匀速圆周运动
卫星受到地球的引力（合力）充当向心力
地球绕太阳运行、人造卫星绕地球运行——万有引力提供向心力
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转台与物体间没有发生相对滑动
2.木块随盘做匀速圆周运动
FN
mg
F静
即小物块所受静摩擦力充当向心力
小物块所受重力、支持力和静摩擦力三个力的合力充当向心力
G
Ff
FN
ω
3.物块随着圆桶一起匀速转动
F合＝FN = Fn
滚筒洗衣机中物体随滚筒一起匀速转动
物体所受重力、摩擦力和支持力的合力充当向心力。
即物体所受支持力充当向心力
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小球绕中心做匀速圆周运动
r
θ
O
G=mg
F合
F
F合＝mgtanθ = Fn
4.圆锥摆做匀速圆周运动
小球所受绳子拉力和重力的合力充当向心力
也可以说成拉力F在水平方向的分力充当向心力
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小球在某一平面做匀速圆周运动
物体所受重力和支持力的合力充当向心力
F合
ω
θ
θ
m
O
r
mg
N
5.小球在光滑玻璃漏斗中做匀速圆周运动
即物体所受支持力在水平方向上的分力充当向心力
竖直方向:FN cosθ＝mg
水平方向:F合= FN sinθ=mgtanθ =mω2r
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玻璃球所受重力和内壁的支持力的合力充当向心力
在水平面内做匀速圆周运动（不计摩擦）
6.玻璃球沿透明碗的内壁做匀速圆周运动
竖直方向：FN cosθ＝mg
水平方向： F合= FN sinθ=mgtanθ =mω2 R sinθ
即玻璃球所受内壁支持力在水平方向上的分力充当向心力
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2.向心力是根据作用效果命名的，并不是一种新的性质的力。
关于向心力的几点说明
1.向心力的来源：向心力可以是重力、弹力、摩擦 力等各种性质的力，也可以是几个力的合力，还可以是某个力的分力。物体做匀速圆周运动时，由合力提供向心力。
3.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。受力分析时绝对不能出现向心力。
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画出图中物体A的受力示意图，并分析其所受向心力的来源。
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分析图中物体的受力情况，并说明它们做匀速圆周运动时向心力的来源。
（1）如图（a）所示，小球A挂在细线下端，并在水平面内做匀速圆周运动。
（2）如图（b）所示，小球B在内壁光滑的固定倒立圆锥内表面做匀速圆周运动。
（3）如图（c）所示，小物块C在直立圆筒的内壁上随圆筒做匀速圆周运动。
Part 03
变速圆周运动
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？
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
向心分力Fn ，产生向心加速度an，只改变线速度的方向。
切向分力Fτ ，产生切向加速度aτ，改变线速度的大小。
物体做变速圆周运动时：
当合外力与速度夹锐角时，物体线速度增加
当合外力与速度夹钝角时，物体线速度减小
物体做变速圆周运动的受力条件：
当做圆周运动的物体所受合力不指向圆心时，物体做变速圆周运动。
变速圆周运动
变速圆周运动的规律：
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。
一般的曲线运动
r1
r2
研究方法：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。
从向心力的来源看
匀速圆周运动：合外力全部用来提供向心力
变速圆周运动：合外力部分用来提供向心力
从加速度的角度看
仅有向心加速度的圆周运动是匀速圆周运动
同时具有向心加速度和切向加速度的圆周运动是变速圆周运动
变速圆周运动和匀速圆周运动
Part 04
典例
首先要突出说明的是选题的现实价值，每一个研究的目的都是为了指导现实生活，一定要讲清本选题的研究有什么实际作用、解决什么问题；其次再写课题的理论和学术价值。
1．如图，一同学表演荡秋千。已知秋千的两根绳长均为10 m，该同学和秋千踏板的总质量约为50 kg。绳的质量忽略不计，当该同学荡到秋千支架的正下方时，速度大小为8 m/s，此时每根绳子平均承受的拉力约为（　　）
A．200 N B．400 N C．600 N D．800 N
B
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2．如图所示，内壁光滑的竖直圆桶，绕中心轴做匀速圆周运动，一物块用细绳系着，绳的另一端系于圆桶上表面圆心，且物块贴着圆桶内表面随圆桶一起转动，则（　　）
A．绳的张力可能为零
B．桶对物块的弹力不可能为零
C．随着转动的角速度增大，绳的张力保持不变
D．随着转动的角速度增大，绳的张力一定增大
C
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3．如图所示，位于竖直面内的光滑金属细圆环半径为R，质量分别为m1和m2的两带孔小球穿于环上。当圆环最终以角速度ω绕竖直直径匀速转动时，发现两小球均离开了原位置，它们和圆心的连线与竖直方向的夹角分别记为θ1和θ2，下列说法正确的是（　　）
A．若m1>m2，则θ1>θ2
B．若m1θ2
C．θ1和θ2总是相等，与m1和m2的大小无关
D．以上说法均错误
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小球所受重力和环的支持力的合力提供向心力，根据牛顿第二定律可得
说明小球和圆心的连线与竖直方向的夹角θ与小球的质量无关，故ABD错误，C正确。
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4．做圆周运动的两个物体M和N，它们所受的向心力F与轨道半径间的关系如图所示，其中N的图线为双曲线的一支，则由图像可知（　　）
A．物体M、N的线速度大小均不变
B．物体M、N的角速度均不变
C．物体M的角速度不变，N的线速度大小不变
D．物体N的角速度不变，M的线速度大小不变
C
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5．如图所示，质量为m的木块从半径为R的半球形碗的碗口下滑到碗的最低点的过程中，如果由于摩擦力的作用使得木块的速率不变，则（　　）
A．木块下滑的过程中受重力、弹力、摩擦力和向心力4个力作用
B．因为速率不变，所以木块加速度为零
C．木块下滑的过程中所受的合力越来越大
D．木块下滑过程中加速度大小不变，方向时刻指向球心
D
Part 05
典例
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1．关于物体的运动和力的关系，下列说法正确的是（　　）
A．做匀速直线运动的物体，所受合力可能不为零
B．做匀加速直线运动的物体，所受合力一定不变
C．做匀速圆周运动的物体，所受合力一定不变
D．做曲线运动的物体，所受合力一定发生变化
B
首先要突出说明的是选题的现实价值，每一个研究的目的都是为了指导现实生活，一定要讲清本选题的研究有什么实际作用、解决什么问题；其次再写课题的理论和学术价值。
2．如图所示，一倾斜的匀质圆盘垂直于盘面的固定对称轴以恒定的角速度ω转动，盘面上离转轴距离2.5m处有一小物体与圆盘始终保持相对静止，物体与盘面间的动摩擦因数为 ．设最大静摩擦力等于滑动摩擦力），盘面与水平面间的夹角为30°，g取10m/s2．则ω的最大值是( )
C
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3．有一种杂技表演叫“飞车走壁”，由杂技演员驾驶摩托车沿圆形表演台的侧壁做匀速圆周运动。图中的圆表示摩托车的行驶轨迹，轨迹离地面的高度为h。下列说法中正确的是（　　）
A．h越高，摩托车对侧壁的压力将越大
B．h越高，摩托车做圆周运动的向心力将越大
C．h越高，摩托车做圆周运动的周期将越小
D．h越高，摩托车做圆周运动的线速度将越大
D
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4．某同学利用向心力演示器探究影响向心力大小的因素。该同学在某次实验过程中，皮带带动的两个变速塔轮的半径相同，将两个完全相同的小球按如图所示放置，可判断该同学是在研究（ ）
A．向心力大小与质量之间的关系
B．向心力大小与角速度之间的关系
C．向心力大小与线速度之间的关系
D．向心力大小与半径之间的关系
D
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5．如图所示，轻杆的一端拴一小球，另一端与竖直杆铰接。当竖直杆以角速度匀速转动时，轻杆与竖直杆之间的张角为 。下列图像中能正确表示角速度与张角关系的是（ ）
A
D
B
C
D
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6．如图所示，长为L的细线拴一质量为m的小球，细线另一端固定于O点，让小球在水平面内做匀速圆周运动，这种运动通常称为圆锥摆运动。已知运动中细线与竖直方向的夹角为θ，重力加速度为g，求∶
（1）小球在水平面内做匀速圆周运动的向心力大小；
（2）细线对小球的拉力F的大小；
（3）小球在水平面内做匀速圆周运动的线速度大小。
【答案】（1）mgtanθ；（2） ；（3）
首先要突出说明的是选题的现实价值，每一个研究的目的都是为了指导现实生活，一定要讲清本选题的研究有什么实际作用、解决什么问题；其次再写课题的理论和学术价值。
7．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A处钉一个可视为质点的钉子，已知AO的距离为绳长的1/3。小球从一定高度摆下。已知当细绳与钉子相碰前的一瞬间，绳子的张力为小球重力的2倍，那么细绳与钉子相碰后的一瞬间，绳子的张力变为多少？
首先要突出说明的是选题的现实价值，每一个研究的目的都是为了指导现实生活，一定要讲清本选题的研究有什么实际作用、解决什么问题；其次再写课题的理论和学术价值。
设小球的质量为m，绳长为L，细绳与钉子相碰前的一瞬间，小球的速度为v0，绳子的张力 FT＝2mg
FT－mg＝
细绳与钉子相碰后的一瞬间，小球速度v0不变，轨迹的半径变为
FT′＝2.5mg
课堂小结
感谢各位老师的观看
THANKS