人教版（2019）高中物理必修二 6.2 向心力 课件（25张PPT）

(共25张PPT)
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？
[新课导入]
第2节 向心力
[新课导入]
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
N
1.定义：做匀速圆周运动的物体所受到的指向圆心的合外力，叫向心力
方向始终指向圆心，并与v垂直
方向时刻发生变化是变力
注意：
1.向心力通常由重力、弹力、摩擦力中的某一个力，或者是某个力的分力，或几个力的在半径方向分力的合力所提供
2.向心力是根据力的作用效果来命名的，受力分析时不要把向心力当作一个独立的力
F
F
F
v
v
v
O
2.特点：
恒力
学习任务一 对向心力的理解
为什么
3.作用效果:
因为在运动方向(切线方向)上所受的合外力为0，这个方向上的加速度也为0，所以速度大小不变，只改变速度方向。
只改变v 的方向,不改变v 的大小,向心力不做功
v
F
F
F
v
v
O
例1 (多选)关于匀速圆周运动的向心力,下列说法正确的是( 　)
A.向心力是使物体做圆周运动的力,是根据力的作用效果命名的
B.向心力可以是多个力的合力,也可以是其中一个力或一个力的分力
C.对于稳定的圆周运动,向心力是一个恒力
D.向心力的效果是改变物体的线速度大小
学习任务一
[解析]向心力是物体做匀速圆周运动所需要的指向圆心的合力,它是根据力的作用效果命名的,故A正确;
向心力可以由一个力提供,也可以由几个力的合力提供,还可以由一个力的分力提供,故B正确;
向心力是指向圆心的合力,方向时刻改变,所以它不是一个恒力,故C错误;
由于向心力指向圆心,与线速度方向始终垂直,所以它的效果只是改变线速度方向,不会改变线速度大小,故D错误.
AB
对向心力的理解要注意以下四点:
(1)向心力的作用效果是只改变速度的方向,不改变速度的大小.
(2)向心力不是作为具有某种性质的力来命名的,而是根据力的作用效果命名的,它可以由某个力或几个力的合力提供.
(3)向心力的方向指向圆心,与线速度方向垂直,方向时刻在改变,故向心力为变力.
(4)不是质点做圆周运动才产生向心力,而是由于向心力存在才使质点不断改变其速度方向而做圆周运动.
学习任务一
感受向心力
如图所示，在绳子的一端拴一个小沙袋（或其他小物体），另一端握在手中。将手举过头顶，使沙袋在水平面内做圆周运动。此时，沙袋所受的向心力近似等于手通过绳对沙袋的拉力。换用不同质量的沙袋，并改变沙袋转动的速度和绳的长度，感受向心力的变化。
猜测：
向心力大小可能与哪些因素有关？
向心力大小:小球质量、转动速度、转动半径
（1）保持沙袋转动的速度和绳的长度不变，改变沙袋的质量，感受向心力的变化。
（2）保持绳的长度和沙袋的质量不变，改变沙袋转动的速度，感受向心力的变化。
（3）保持沙袋的质量和沙袋转动的速度不变，改变绳的长度，感受向心力的变化。
学习任务二 探究向心力的表达式
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。
结构及原理
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
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：
学习任务三　匀速圆周运动的向心力大小及解题方法
学习任务三
向心力公式的推导
[科学思维]匀速圆周运动问题的解题步骤
学习任务三　匀速圆周运动的向心力大小及解题方法
学习任务三
物体相对转盘静止，随盘做匀速圆周运动
F向= F合= Ff
由小球受到的重力、支持力、静摩擦力三个力的合力提供。
即圆盘对木块的静摩擦力Ff
ω
O
G
FN
Ff
小球向心力的来源
匀速圆周运动实例分析——向心力的来源
静摩擦力方向的判别：为什么指向圆心呢？
原因：随圆盘转动的物体具有相对于圆心被甩出去的趋势，而静摩擦力方向与相对运动趋势相反，所以静摩擦力的方向是时时刻刻指向圆心的。
G
Ff
FN
ω
讨论：物块随着圆桶一起匀速转动时，物块的受力？物块向心力的来源
物块做匀速圆周运动时，合力提供向心力，即桶对物块的支持力。
匀速圆周运动实例分析——向心力的来源
θ
O'
O
R
ω
θ
ω
θ
m
m
O
r
mg
FN
F合
mg
FN
F合
F合＝mg tanθ
竖直方向:FN cosθ＝mg
水平方向:F合=mω2r
竖直方向：FN cosθ＝mg
水平方向：F合=mω2 R sinθ
沿光滑漏斗或碗内壁做圆周运动的小球
F合＝mg tanθ
重力和支持力的合力提供向心力F合＝mg tanθ
O
O
Fn
F合
v
Fn
Ft
v
F合
当做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
Ft
速度增大的圆周运动
速度减小的圆周运动
改变速度的大小
改变速度的方向
①合外力的方向与速度方向夹角小于90°，如图甲所示，其中Ft只改变v的大小，使速度增加，Fn产生向心加速度，改变速度方向．
②F与v夹角大于90°时，Ft使v减小，Fn改变速度方向，如图乙所示．
结论：同时具有向心加速度和切向加速度的圆周运动就是变速圆周运动 ，匀速圆周运动切向加速度为零。
把一般曲线分割为许多极短的小段，每一段都可以看作为一小段圆弧，而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。在注意到这点区别之后，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对一般曲线运动进行处理了。
r1
r2
处理一般曲线运动的方法：
例4 (多选)如图所示,物块P置于水平转盘上随转盘一起运动,图中c方向沿半径指向圆心,a方向与c方向垂直.现转盘逆时针转动,下列说法正确的是( 　)
A.当转盘匀速转动时,P所受摩擦力方向为c
B.当转盘匀速转动时,P不受转盘的摩擦力
C.当转盘加速转动时,P所受摩擦力方向可能为a
D.当转盘减速转动时,P所受摩擦力方向可能为d
学习任务四
AD
匀速圆周运动中,合力提供向心力;变速圆周运动中,合力不指向圆心,合力沿半径方向的分力充当向心力.
学习任务四
课 堂 小 结
课后习题
1.地球质量为6.0×1024kg，地球与太阳的距离为1.5×1011m。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？
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（图6.2-7）。小球的向心力是由什么力提供的？
课后习题
课后习题
3.如图6.2-8所示，一个圆盘在水平面内匀速转动，角速度是4rad/s。盘面上距圆盘中心0.10m的位置有一个质量为0.10kg的小物体在随圆盘一起做匀速圆周运动。
（1）求小物体所受向心力的大小。
（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。
课后习题
4.如图6.2-9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。
课后习题
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6.2-10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？