粤教版物理必修2同步教学课件：2.2 向心力

课件33张PPT。第二节　向心力目标导航预习导引目标导航预习导引二一三一、向心力
1.定义:做匀速圆周运动的物体受到的方向沿半径指向圆心的力.
2.作用效果:不改变质点速度的大小,只改变速度的方向.
3.方向:始终沿着半径指向圆心.
4.大小:F=_______________.目标导航预习导引二一三预习交流
滑冰比赛中,运动员在弯道上的运动可看成圆周运动,质量不等的运动员以相同的速度在弯道上转弯时需要的向心力大小相等吗?
?
答案:不相等.质量大的运动员转弯时需要的向心力大.目标导航二一预习导引三二、向心加速度
1.定义:由向心力产生的指向圆心方向的加速度.
2.大小:
3.方向:与向心力方向一致,始终指向圆心,时刻在改变.
预习交流2
在乘坐过山车的过程中不仅能够体验到冒险的快感,还有助于理解圆周运动的规律.游客位于过山车最顶端时的向心力是由哪些力提供的?
答案:重力与支持力的合力提供.目标导航一预习导引二三三、生活中的向心力
1.汽车在水平公路上转弯
车轮与路面间的静摩擦力f提供向心力,即
2.汽车在倾斜的路面上转弯
汽车恰好以速度v行驶时,重力和地面的支持力的合力充当向心力(如图),即 (R为弯道半径,θ为倾斜的角度).一二三迁移应用典题例解知识精要一、对向心力的理解
1.向心力的作用效果
由于向心力的方向始终指向圆心,方向与线速度方向垂直,故向心力只改变线速度的方向,不改变线速度的大小.
2.向心力的大小对于匀速圆周运动,向心力的大小始终不变;对于非匀速圆周运动,其向心力的大小不是定值,公式表示的只是某一瞬间的向心力大小.
3.向心力的方向
无论圆周运动的性质如何,向心力总是沿着半径指向圆心,方向时刻改变,即向心力是变力.一二三迁移应用典题例解知识精要4.向心力的来源
(1)在匀速圆周运动中合外力一定是向心力;非匀速圆周运动中,合外力沿半径方向的分力提供向心力.重力、弹力、摩擦力等都可以提供向心力.
(2)实例分析:一二三迁移应用典题例解知识精要一二三迁移应用典题例解知识精要【例1】 (多选)如图所示,木块P放在水平圆盘上随圆盘一起匀速转动,关于物体所受摩擦力f的叙述正确的是 (　　)
A.f的方向总是指向圆心
B.圆盘匀速转动f=0
C.在角速度一定时,f的大小跟物体到轴O的距离成正比
D.在物体与轴O的距离一定的条件下,圆盘匀速运动时,f的大小跟圆盘转动的角速度成正比
解析:木块P随圆盘一起匀速转动,木块P做匀速圆周运动的向心力由圆盘对木块P的静摩擦力提供,所以f的方向总是指向圆心,A项正确;由F=f=mω2r可知,f与r和ω有关,ω一定时,f的大小与r成正比;r一定时,f的大小与ω2成正比,B、D项错误,C项正确.
答案:AC一二三迁移应用典题例解知识精要一二三迁移应用典题例解知识精要1.(多选)下列关于向心力的说法中正确的是(　　)
A.物体受到向心力的作用才可能做圆周运动
B.向心力是指向圆心方向的合力,是根据力的作用效果来命名的,但受力分析时应该画出
C.向心力可以是重力、弹力、摩擦力等各种力的合力,也可以是其中某一种力或某几种力的合力
D.向心力只改变物体运动的方向,不改变物体运动的快慢
答案:CD一二三迁移应用典题例解知识精要2.在游乐园中有一种“空中飞椅”的游戏设施,它的基本装置是将绳子上端固定在转盘的边缘上,绳子下端连接座椅,人坐在座椅上随转盘旋转而在空中飞旋.若将人和座椅看成一个质点,则可简化为如图所示的物理模型,其中P为处于水平面内的转盘,可绕竖直转轴OO'转动,设绳长l=10 m,质点的质量m=60 kg,转盘静止时质点与转轴之间的距离d=4.0 m,转盘逐渐加速转动,经过一段时间后质点与转盘一起做匀速圆周运动,此时绳与竖直方向的夹角θ=37°(不计空气阻力及绳重,且绳不可伸长,sin 37°=0.6,cos 37°=0.8,g取10 m/s2).当质点与转盘一起做匀速圆周运动时,求:
(1)绳子拉力的大小;
(2)转盘角速度的大小.迁移应用典题例解一二三二、对向心加速度的理解
1.方向:总是沿着圆周运动的半径指向圆心,不论加速度a的大小是否变化,a的方向是时刻改变的,所以圆周运动一定是变加速运动.
2.大小思考探究知识精要迁移应用典题例解思考探究一二三知识精要从公式 看,向心加速度与圆周运动的半径成反比;从公式a=rω2看,向心加速度与半径成正比,这两个结论是否矛盾?
答案:在公式 中,当v为定值时,a与r成反比;在公式a=rω2中,当ω为定值时,a与r成正比.因此,这两个结论是在不同的前提下成立的,并不矛盾.一二三迁移应用典题例解思考探究知识精要【例2】 (多选)如图所示,皮带传动装置中,右边两轮连在一起共轴转动,图中三轮半径分别为r1=3r,r2=2r,r3=4r;A、B、C三点为三个轮边缘上的点,皮带不打滑.向心加速度分别为a1、a2、a3,则下列比例关系正确的是(　　)解析:由于皮带不打滑, 答案:BD 一二三迁移应用典题例解思考探究知识精要一二三迁移应用典题例解思考探究知识精要1.如图所示,一大轮通过皮带带动小轮转动,皮带和两轮之间无滑动.大轮的半径是小轮的2倍,大轮上的一点S与转动轴的距离是半径的 .当大轮边缘上P点的向心加速度是12 m/s2时,大轮上的S点和小轮边缘上的Q点的向心加速度各为多大?
答案:4 m/s2　24 m/s2一二三迁移应用典题例解思考探究知识精要2.(2015浙江理综)(多选)如图为赛车场的一个水平“U”形弯道,转弯处为圆心在O点的半圆,内外半径分别为r和2r.一辆质量为m的赛车通过AB线经弯道到达A'B'线,有如图所示的①、②、③三条路线,其中路线③是以O'为圆心的半圆,OO'=r.赛车沿圆弧路线行驶时,路面对轮胎的最大径向静摩擦力为Fmax.选择路线,赛车以不打滑的最大速率通过弯道(所选路线内赛车速率不变,发动机功率足够大),则(　　)
A.选择路线①,赛车经过的路程最短
B.选择路线②,赛车的速率最小
C.选择路线③,赛车所用时间最短
D.①、②、③三条路线的圆弧上,赛车的向心加速度大小相等
答案:ACD一二三迁移应用典题例解思考探究知识精要解析:3条路线的路程分别为s1=(2+π)r、s2=(2+2π)r、s3=2πr,
s11.汽车转弯时的受力情况
甲
(1)在汽车转弯处,外侧高于内侧,如图甲所示.
转弯时所需的向心力由重力和支持力的合力提供,即F=mgtan θ= ,其中R为弯道半径,θ为路基倾斜的角度.知识精要迁移应用典题例解一二三(2)分析讨论,当弯道半径R、倾角θ一定时. 知识精要迁移应用典题例解一二三2.汽车过拱形桥的受力情况
如图乙所示,汽车受到重力、支持力、牵引力和摩擦力四个力的作用.其中重力和支持力的合力提供向心力.设汽车质量为m,桥面圆弧半径为r,汽车在桥面最高点的速率为v,则知识精要迁移应用典题例解一二三3.匀速圆周运动与变速圆周运动的比较 知识精要迁移应用典题例解一二三变速圆周运动中,合外力沿半径方向的分力提供向心力,产生向心加速度,只改变速度方向,不改变速度大小,合外力沿圆周切线方向的分力产生切向加速度,只改变速度的大小,而不改变速度的方向.知识精要迁移应用典题例解一二三【例1】 铁路在弯道处的内外轨道高度是不同的,已知内外轨道平面与水平面的夹角为θ,如图所示,弯道处的圆弧半径为R,若质量为m的火车转弯时速度等于 ,则(　　)
A.内轨对内侧车轮轮缘有挤压
B.外轨对外侧车轮轮缘有挤压
C.这时铁轨对火车的支持力等于
D.这时铁轨对火车的支持力大于知识精要迁移应用典题例解一二三解析:由牛顿第二定律 ,解得F合=mgtan θ,此时火车受重力和铁路轨道的支持力作用,如图所示,FNcos θ=mg,则 ,内、外轨道对火车均无侧压力,故C正确,A、B、D错误.
答案:C知识精要迁移应用典题例解一二三知识精要迁移应用典题例解一二三1.(2015全国理综Ⅰ)某物理小组的同学设计了一个粗测玩具小车通过凹形桥最低点时的速度的实验.所用器材有:玩具小车、压力式托盘秤、凹形桥模拟器(圆弧部分的半径为 R=0.20 m).知识精要迁移应用典题例解一二三完成下列填空:
(1)将凹形桥模拟器静置于托盘秤上,如图(a)所示,托盘秤的示数为1.00 kg;
(2)将玩具小车静置于凹形桥模拟器最低点时,托盘秤的示数如图(b)所示,该示数为　　　　 kg;?
(3)将小车从凹形桥模拟器某一位置释放,小车经过最低点后滑向另一侧.此过程中托盘秤的最大示数为m;多次从同一位置释放小车,记录各次的m值如下表所示:(4)根据以上数据,可求出小车经过凹形桥最低点时对桥的压力为　　　　 N;小车通过最低点时的速度大小为　　　　 m/s.(重力加速度大小取9.80 m/s2,计算结果保留2位有效数字)?知识精要迁移应用典题例解一二三答案:(2)1.40　(4)7.9　1.4
解析:(2)根据有效数字读数规则可知,托盘秤的示数为1.40 kg;
(4)托盘秤示数的平均值为则小车经过最低点时对桥的压力FN=(1.81-1.00)×9.80 N≈7.9 N
由题意知,小车的质量m=1.40 kg-1.00 kg=0.40 kg,设小车过最低点时的速度为v,根据牛顿第二定律有 ,解得v≈1.4 m/s.知识精要迁移应用典题例解一二三2.汽车质量为1.5×104 kg,以不变的速率先后驶过凹形桥面和凸形桥面,桥面圆弧半径为15 m.如果桥面承受的最大压力不得超过2.0×105 N,汽车允许的最大速率是多少?汽车以此速率驶过桥面的最小压力是多少?(g取10 m/s2)
答案:7.07 m/s　1.0×105 N
解析:首先要确定汽车在何位置时对桥面的压力最大.汽车经过凹形桥面时,向心加速度方向向上,汽车处于超重状态;经过凸形桥面时,向心加速度方向向下,汽车处于失重状态,所以当汽车经过凹形桥面的最低点时,如图甲所示,汽车对桥面的压力最大.知识精要迁移应用典题例解一二三当汽车经过凹桥面最低点时,设桥面支持力为FN1,由牛顿第二定律有FN1-mg= ,要求FN1≤2.0×105 N
解得允许的最大速度vm=7.07 m/s
由上面的分析可知,汽车经过凸桥顶点时对桥面的压力最小,设为FN2,如图乙所示
?
解得FN2=1.0×105 N.由牛顿第三定律知,FN2与FN2'等值反向.