物理人教版（2019）必修第二册6.2向心力（共43张ppt）
文档属性
| 名称 | 物理人教版（2019）必修第二册6.2向心力（共43张ppt） |  | |
| 格式 | pptx | ||
| 文件大小 | 91.6MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2024-03-30 11:32:06 | ||
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文档简介
(共43张PPT)
第六章 圆周运动
第二节 向心力
做匀速圆周运动的物体在向心力的作用下做匀速圆周运动
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？
课堂引入
把人和飞椅看成一个整体，受重力和绳的拉力，合力指向圆心。
问题探究
物体都受到力的作用,不受力时沿切线方向飞出
观察视频中做圆周运动的物体有什么特点？
思考与讨论
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？
G
FN
F
小球受到重力、桌面的支持力和绳子的拉力。
合力为绳子的拉力，沿着绳子指向圆心。
合力
O
F
F
F
v
v
v
O
结论：做匀速圆周运动的物体，合力始终指向圆心，与速度v垂直。
做匀速圆周运动的物体，其运动状态在不断变化，说明物体一定受到了力的作用。
那么迫使物体做匀速圆周运动的合力有何特点呢？
一、向心力
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。
3.方向：指向圆心，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。
一、向心力
2.符号：Fn
O
F
F
F
v
v
v
O
O
F引
F合＝F引 ＝Fn
1.人造卫星绕地球运行
二、向心力的来源
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充当向心力
卫星受到的合力充当向心力
转台与物体间没有发生相对滑动
一、向心力的来源
2.木块随盘做匀速圆周运动
FN
mg
F静
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
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
小物块所受静摩擦力充当向心力
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
一、向心力的来源
物体所受重力、摩擦力和支持力的合力充当向心力。
物体所受支持力充当向心力
小球所受绳子拉力和重力的合力充当向心力
小球绕中心做匀速圆周运动
一、向心力的来源
4.圆锥摆做匀速圆周运动
r
θ
O
G=mg
F合
F
F合＝mgtanθ = Fn
也可以说成拉力F在水平方向的分力充当向心力
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
竖直方向
水平方向
F合
ω
θ
θ
m
O
r
mg
Fn
5.小球在光滑玻璃漏斗中做匀速圆周运动
一、向心力的来源
物体所受支持力在水平方向上的分力充当向心力
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）
竖直方向
水平方向
一、向心力的来源
6.玻璃球沿透明碗的内壁做匀速圆周运动
玻璃球所受内壁支持力在水平方向上的分力充当向心力
1.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。
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。
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。
关于向心力的几点说明
如图所示，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。
探究向心力大小的表达式
感受向心力:
猜想：向心力大小可能与小球质量、转动速度、转动半径有关。
1.保持小球转动的速度和绳的长度不变，改变小球的质量，感受向心力的变化。
2.保持绳的长度和小球的质量不变，改变小球转动的速度，感受向心力的变化。
3.保持小球的质量和小球转动的速度不变，改变绳的长度，感受向心力的变化。
探究向心力大小的表达式
分步感知:
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。
1.向心力演示器的结构及原理
探究向心力大小的表达式
2 .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
探究向心力大小的表达式
3.实验过程
只改变半径
只改变质量
只改变角速度
实验原理
控制变量法
向心力
表达式
方向
总指向轨迹的圆心
改变速度方向
不改变速度大小
向心力大小表达式
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。
根据 推导向心力的另一表达式：
公式：
Fn＝mrω2
探究向心力大小的表达式
向心力
表达式
根据所学内容，试推导出其他向心力的公式
提示：
公式：
1.实验的基本原理？
2.实验需要的器材？
钢球、细线、白纸、秒表、直尺
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
小球所需向心力
Fn=m
v2
r
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
验证：g/h=(2πn/t)2
转n圈数所用时间t、h
用圆锥摆验证
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
用圆锥摆验证
实验数据记录
验证：g/h=(2πn/t)2
用圆锥摆验证
运动员抛出链球的过程中，使链球越转越快，在链球速度比较大的时候，抛出链球，使链球运动的更远。
这个过程中链球做变速圆周运动。
做变速圆周运动的物体，其受力情况如何呢？
变速圆周运动
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
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
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。
r1
r2
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
变速圆周运动
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。
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
方向：总是指向圆心，与速度方向垂直
一、向心力
定义：做圆周运动的物体受到的指向圆心的合力
作用效果：只改变速度的方向，不改变速度的大小
特点：是变力，可以是重力、弹力、摩擦力等性质力，
也可以是它们的合力或某一个力的分力。
大小：
二、变速圆周运动和一般曲线运动
课堂小结
变速圆周运动中的合力并非向心力
匀速圆周运动问题的求解方法
1.指导思想：
做匀速圆周运动的物体，所受合外力指向圆心等于向心力。
2.分析思路：
确定研究对象
受力分析
正交分解
半径方向
F合=Fn
切线方向
垂直圆面方向
F合=0
F合=0
3.常见模型分析：
L
θ
h
θ
【典例1】物体做匀速圆周运动的条件是( )
A.物体有一定的初速度，且受到一个始终和初速度垂直的恒力作用
B.物体有一定的初速度，且受到一个大小不变，方向变化的力的作用
C.物体有一定的初速度，且受到一个方向始终指向圆心的力的作用
D.物体有一定的初速度，且受到一个大小不变，
方向始终跟速度垂直的力的作用
典例分析
【正确答案】D
【典例2】关于向心力说法中正确的是（ ）
A.物体由于做圆周运动而产生的力叫向心力
B.向心力不改变速度的大小
C.做匀速圆周运动的物体所受向心力是不变的
D.向心力是除物体所受重力、弹力以及摩擦力以外的一种新的力
典例分析
【正确答案】B
【典例3】（多选）用细线拴住一球做匀速圆周运动，下列说法中正确的是（ ）
A.在线速度一定情况下，线越长越易断
B.在线速度一定情况下，线越短越易断
C.在角速度一定情况下，线越长越易断
D.在角速度一定情况下，线越短越易断
典例分析
【正确答案】BC
【典例4】甲乙两物体都做匀速圆周运动,其质量之比为1∶2,转动半径之比为1∶2,在相同时间内甲转过4周，乙转过3周.则它们的向心力之比为（ ）
A.1∶4 B.2∶3
C.4∶9 D.9∶16
典例分析
【正确答案】C
【典例5】(多选)一个内壁光滑的圆锥筒的轴线是竖直的，圆锥固定，有质量相同的两个小球A和B贴着筒的内壁在水平面内做匀速圆周运动，如图所示，A的运动半径较大，则（ ）
A．A球的角速度必小于B球的角速度
B．A球的线速度必小于B球的线速度
C．A球运动的周期必大于B球运动的周期
D．A球对筒壁的压力必大于B球对筒壁的压力
典例分析
【正确答案】AC
【典例6】（2021·全国高一课时练习）质量为25kg的小孩坐在秋千上，小孩离系绳子的横梁2.5m。如果秋千板摆到最低点时，小孩运动的速度大小是5m/s，求此时她对秋千板的压力是多大？
典例分析
【典例7】如图，半径为r的圆筒绕竖直中心轴转动，小橡皮块紧帖在圆筒内壁上，它与圆筒的摩擦因数为μ，现要使小橡皮不落下，则圆筒的角速度至少多大？（设最大静摩擦力等于滑动摩擦力）
典例分析
【解析】小橡皮受力分析如图：
小橡皮恰不下落时，有：Ff=mg
其中：Ff=μFN
而由向心力公式：FN=mω2r
解以上各式得：
G
Ff
FN
第六章 圆周运动
第二节 向心力
做匀速圆周运动的物体在向心力的作用下做匀速圆周运动
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？
课堂引入
把人和飞椅看成一个整体，受重力和绳的拉力，合力指向圆心。
问题探究
物体都受到力的作用,不受力时沿切线方向飞出
观察视频中做圆周运动的物体有什么特点？
思考与讨论
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？
G
FN
F
小球受到重力、桌面的支持力和绳子的拉力。
合力为绳子的拉力，沿着绳子指向圆心。
合力
O
F
F
F
v
v
v
O
结论：做匀速圆周运动的物体，合力始终指向圆心，与速度v垂直。
做匀速圆周运动的物体，其运动状态在不断变化，说明物体一定受到了力的作用。
那么迫使物体做匀速圆周运动的合力有何特点呢？
一、向心力
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。
3.方向：指向圆心，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。
一、向心力
2.符号：Fn
O
F
F
F
v
v
v
O
O
F引
F合＝F引 ＝Fn
1.人造卫星绕地球运行
二、向心力的来源
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充当向心力
卫星受到的合力充当向心力
转台与物体间没有发生相对滑动
一、向心力的来源
2.木块随盘做匀速圆周运动
FN
mg
F静
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
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
小物块所受静摩擦力充当向心力
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
一、向心力的来源
物体所受重力、摩擦力和支持力的合力充当向心力。
物体所受支持力充当向心力
小球所受绳子拉力和重力的合力充当向心力
小球绕中心做匀速圆周运动
一、向心力的来源
4.圆锥摆做匀速圆周运动
r
θ
O
G=mg
F合
F
F合＝mgtanθ = Fn
也可以说成拉力F在水平方向的分力充当向心力
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
竖直方向
水平方向
F合
ω
θ
θ
m
O
r
mg
Fn
5.小球在光滑玻璃漏斗中做匀速圆周运动
一、向心力的来源
物体所受支持力在水平方向上的分力充当向心力
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）
竖直方向
水平方向
一、向心力的来源
6.玻璃球沿透明碗的内壁做匀速圆周运动
玻璃球所受内壁支持力在水平方向上的分力充当向心力
1.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。
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。
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。
关于向心力的几点说明
如图所示，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。
探究向心力大小的表达式
感受向心力:
猜想：向心力大小可能与小球质量、转动速度、转动半径有关。
1.保持小球转动的速度和绳的长度不变，改变小球的质量，感受向心力的变化。
2.保持绳的长度和小球的质量不变，改变小球转动的速度，感受向心力的变化。
3.保持小球的质量和小球转动的速度不变，改变绳的长度，感受向心力的变化。
探究向心力大小的表达式
分步感知:
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。
1.向心力演示器的结构及原理
探究向心力大小的表达式
2 .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
探究向心力大小的表达式
3.实验过程
只改变半径
只改变质量
只改变角速度
实验原理
控制变量法
向心力
表达式
方向
总指向轨迹的圆心
改变速度方向
不改变速度大小
向心力大小表达式
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。
根据 推导向心力的另一表达式：
公式：
Fn＝mrω2
探究向心力大小的表达式
向心力
表达式
根据所学内容，试推导出其他向心力的公式
提示：
公式：
1.实验的基本原理？
2.实验需要的器材？
钢球、细线、白纸、秒表、直尺
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
小球所需向心力
Fn=m
v2
r
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
验证：g/h=(2πn/t)2
转n圈数所用时间t、h
用圆锥摆验证
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
用圆锥摆验证
实验数据记录
验证：g/h=(2πn/t)2
用圆锥摆验证
运动员抛出链球的过程中，使链球越转越快，在链球速度比较大的时候，抛出链球，使链球运动的更远。
这个过程中链球做变速圆周运动。
做变速圆周运动的物体，其受力情况如何呢？
变速圆周运动
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
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
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。
r1
r2
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
变速圆周运动
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。
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
方向：总是指向圆心，与速度方向垂直
一、向心力
定义：做圆周运动的物体受到的指向圆心的合力
作用效果：只改变速度的方向，不改变速度的大小
特点：是变力，可以是重力、弹力、摩擦力等性质力，
也可以是它们的合力或某一个力的分力。
大小：
二、变速圆周运动和一般曲线运动
课堂小结
变速圆周运动中的合力并非向心力
匀速圆周运动问题的求解方法
1.指导思想：
做匀速圆周运动的物体，所受合外力指向圆心等于向心力。
2.分析思路：
确定研究对象
受力分析
正交分解
半径方向
F合=Fn
切线方向
垂直圆面方向
F合=0
F合=0
3.常见模型分析：
L
θ
h
θ
【典例1】物体做匀速圆周运动的条件是( )
A.物体有一定的初速度，且受到一个始终和初速度垂直的恒力作用
B.物体有一定的初速度，且受到一个大小不变，方向变化的力的作用
C.物体有一定的初速度，且受到一个方向始终指向圆心的力的作用
D.物体有一定的初速度，且受到一个大小不变，
方向始终跟速度垂直的力的作用
典例分析
【正确答案】D
【典例2】关于向心力说法中正确的是（ ）
A.物体由于做圆周运动而产生的力叫向心力
B.向心力不改变速度的大小
C.做匀速圆周运动的物体所受向心力是不变的
D.向心力是除物体所受重力、弹力以及摩擦力以外的一种新的力
典例分析
【正确答案】B
【典例3】（多选）用细线拴住一球做匀速圆周运动，下列说法中正确的是（ ）
A.在线速度一定情况下，线越长越易断
B.在线速度一定情况下，线越短越易断
C.在角速度一定情况下，线越长越易断
D.在角速度一定情况下，线越短越易断
典例分析
【正确答案】BC
【典例4】甲乙两物体都做匀速圆周运动,其质量之比为1∶2,转动半径之比为1∶2,在相同时间内甲转过4周，乙转过3周.则它们的向心力之比为（ ）
A.1∶4 B.2∶3
C.4∶9 D.9∶16
典例分析
【正确答案】C
【典例5】(多选)一个内壁光滑的圆锥筒的轴线是竖直的，圆锥固定，有质量相同的两个小球A和B贴着筒的内壁在水平面内做匀速圆周运动，如图所示，A的运动半径较大，则（ ）
A．A球的角速度必小于B球的角速度
B．A球的线速度必小于B球的线速度
C．A球运动的周期必大于B球运动的周期
D．A球对筒壁的压力必大于B球对筒壁的压力
典例分析
【正确答案】AC
【典例6】（2021·全国高一课时练习）质量为25kg的小孩坐在秋千上，小孩离系绳子的横梁2.5m。如果秋千板摆到最低点时，小孩运动的速度大小是5m/s，求此时她对秋千板的压力是多大？
典例分析
【典例7】如图，半径为r的圆筒绕竖直中心轴转动，小橡皮块紧帖在圆筒内壁上，它与圆筒的摩擦因数为μ，现要使小橡皮不落下，则圆筒的角速度至少多大？（设最大静摩擦力等于滑动摩擦力）
典例分析
【解析】小橡皮受力分析如图：
小橡皮恰不下落时，有：Ff=mg
其中：Ff=μFN
而由向心力公式：FN=mω2r
解以上各式得：
G
Ff
FN