（新教材）鲁教版物理课件必修二3.2.1（物理）:52张PPT

课件52张PPT。第2节　科学探究:向心力　　　　
第1课时　向心力与向心加速度一、向心力?1.定义:做匀速圆周运动的物体受到了指向_____的合
力,这个力叫作向心力。
2.方向:始终指向_____,总是与速度方向_____,时刻变
化。
3.大小:F=____或F=_____。
4.作用效果:只改变_________,不改变_________,因此
不做功。圆心圆心垂直mrω2速度方向速度大小二、向心加速度1.向心加速度:做圆周运动的物体,指向_____的加速
度。
2.方向:总指向_____,时刻与速度方向_____,方向时刻
_____。
3.大小:a=___=rω2。
4.意义:描述_________________的物理量。向心加速
度_____,表示速度方向改变得越快。圆心圆心垂直改变速度方向改变快慢越大一　向心力性质及来源
1.性质:
向心力是效果力,不是具体某个性质的力,在受力分析时,不能多出一个向心力。2.向心力的来源:
(1)来源分类:向心力可以是物体实际受到的某个力、某几个力的合力或某个力的分力。(2)实例分析:
【思考·讨论】
情境:游乐园中的转盘游戏以其自身的刺激性深受大人、小朋友的喜爱,如图所示,游客坐在匀速转动的水平转盘上,与转盘保持相对静止。讨论:在此过程中,游客“受到”的向心力由什么力提供? (物理观念)
提示:向心力是指向圆心的力,在游客受到的力中,只有摩擦力指向圆心,故静摩擦力提供向心力。【典例示范】
如图所示,甲、乙两运动员在水平面上训练滑冰,恰巧同时到达虚线PQ,然后分别沿半径r1和r2(r2>r1)的跑道匀速运动半个圆周后到达终点。设甲、乙质量相等,他们做圆周运动时的向心力大小相等。则关于他们在圆周运动过程中的受力情况和运动趋势,下列说法正确的是 (　　)A.两人处于平衡状态
B.两人分别受到重力、支持力、
静摩擦力和向心力的作用
C.两人受到的静摩擦力方向沿半径指向各自圆心
D.两人相对地面的运动趋势与其运动方向相反【解题探究】
(1)圆周运动是变速运动还是匀速运动?
提示:圆周运动是曲线运动,曲线运动都是变速运动。
(2)向心力是物体实际受到的力吗?
提示:向心力是效果力,不一定是物体实际受到的力。(3)向心力由谁提供?
提示:向心力指向圆心,本题中指向圆心的力是静摩擦力,静摩擦力方向与相对运动趋势方向相反。【解析】选C。两人做匀速圆周运动,合力指向圆心,不为零,故不处于平衡状态,A错误;对任一人受力分析,重力与支持力二力平衡,合力等于摩擦力,充当向心力,向心力是效果力,不能与性质力同时分析,B错误;摩擦力充当向心力,运动员受到的摩擦力方向指向圆心,C正确;运动员受到的摩擦力方向与其运动趋势方向相反,故是背离圆心,而运动员做圆周运动,运动方向沿切线方向,所以二者是垂直关系,D错误。【规律方法】确定圆周运动向心力来源的方法
(1)向心力是效果力,由某一个力、某几个力的合力或某一个力的分力提供,始终指向圆心。
(2)如果物体做匀速圆周运动,一定是合外力提供向心力。
(3)如果物体做非匀速圆周运动,某时刻的向心力由此时物体所受合力沿半径方向分力提供。【素养训练】
1.如图所示,物体在圆筒壁上随筒壁一起绕竖直转轴匀速转动,物体相对筒壁静止,则物体运动过程中所需要的向心力来源于 (　　)
A.重力　　　　　 B.弹力
C.静摩擦力 D.滑动摩擦力【解析】选B。物体在竖直方向上受重力和静摩擦力处于平衡,在水平方向上受弹力作用,靠弹力提供向心力做匀速圆周运动,故B正确,A、C、D错误。2.如图所示,有一个水平大圆盘绕过圆心的竖直轴匀速转动,小强站在距圆心为r处的P点相对圆盘静止。关于小强的受力,下列说法正确的是 (　　)
A.小强在P点不动,因此不受摩擦力作用
B.若使圆盘以较小的转速转动时,小强在P点受到的摩擦力为零
C.小强随圆盘做匀速圆周运动,圆盘对他的摩擦力充当向心力
D.如果小强随圆盘一起做变速圆周运动,那么其所受摩擦力仍指向圆心【解析】选C。由于小强随圆盘做匀速圆周运动,一定需要向心力,该力一定指向圆心方向,而重力和支持力在竖直方向上,它们不能充当向心力,因此他会受到摩擦力作用,且充当向心力,A、B错误,C正确;当小强随圆盘一起做变速圆周运动时,合力不再指向圆心,则其所受的摩擦力不再指向圆心,D错。【补偿训练】
　　 如图所示,一只老鹰在水平面内盘旋做匀速圆周运动,则关于老鹰受力的说法正确的是 (　　)A.老鹰受重力、空气对它的作用力和向心力的作用
B.老鹰受重力和空气对它的作用力
C.老鹰受重力和向心力的作用
D.老鹰受空气对它的作用力和向心力的作用【解析】选B。老鹰在空中做圆周运动,受重力和空气对它的作用力的作用,两个力的合力充当它做圆周运动的向心力。向心力是根据力的作用效果命名的,不是物体实际受到的力,在分析物体的受力时,不能将其作为物体受到的力。选项B正确。二　认识向心加速度
1.向心加速度:
(1)向心加速度的大小:a= =rω2= =4π2f2r
=ωv。(2)变速圆周运动的向心加速度
匀速圆周运动中,向心加速度就是物体的合加速度,做变速圆周运动的物体,合加速度并不指向圆心,该加速度有两个分量,指向圆心的即为向心加速度,沿切线方向的即为切线加速度,切向加速度用来改变速度的大小。2.向心力与向心加速度的关系:
向心力与向心加速度满足牛顿第二定律,即
F=ma=m =mrω2=m =mωv。【思考·讨论】
　情境:物体做匀速圆周运动过程中,其加速度随着轨迹半径的增加而增大还是随着半径的增大而减小?
讨论:
(1)什么情况下,向心加速度与半径成反比? (科学探究)
提示:在线速度一定的情况下。
(2)什么情况下,向心加速度与半径成正比? (科学探究)
提示:在角速度一定的情况下。【典例示范】滑板运动是深受青少年喜爱的运动，如
图所示，一质量为50 kg的滑板运动员恰好从B点进入
半径为2.0 m①的 圆弧轨道，该圆弧轨道在C点与水平
光滑轨道相接②，运动员滑到C点时的速度大小
为10 m/s③（g取10 m/s2）。则： (1)求他到达C点时的加速度。
(2)在C点时,轨道给他多大的支持力?【审题关键】【解析】(1)运动员到达C点时做圆周运动,加速度大小
a= m/s2=50 m/s2,方向在该位置指向圆心,即竖
直向上。
(2)C点时,分析运动员的受力情况,竖直向上的支持力,
竖直向下的重力,合力向上,提供向心力,即
FN-mg=ma得FN=mg+ma=50×(10+50) N=3 000 N
答案:(1)50 m/s2,竖直向上　(2)3 000 N【规律方法】圆周运动动力学问题的解题步骤
(1)明确研究对象:解题时要明确所研究的是哪一个做圆周运动的物体。
(2)确定物体做圆周运动的轨道平面,并找出圆心和半径。(3)确定研究对象在某个位置所处的状态,分析物体的受力情况,判断哪些力提供向心力,这是解题的关键。
(4)根据向心力公式列方程求解。
【素养训练】
1.关于北京和广州随地球自转的向心加速度,下列说法中正确的是 (　　)
A.它们的方向都是沿半径指向地心
B.它们的方向都在平行于赤道的平面内指向地轴
C.北京的向心加速度比广州的向心加速度大
D.北京的向心加速度与广州的向心加速度大小相同【解析】选B。如图所示,地球表面各点的向心加速度
方向都在平行于赤道的平面内指向地轴,选项B正确,A
错误;设地球半径为R0,在地面上纬度为φ的P点,做圆
周运动的轨道半径R=R0cos φ,其向心加速度为
an=ω2R=ω2R0cos φ。由于北京的地理纬度比广州的
大,cos φ小,两地随地球自转的角速度相同,因此北京
随地球自转的向心加速度比广州的小,选项C、D错误。2. 2019年3月2日,第29届世界大学生冬季运动会在俄罗斯举行,在花样滑冰双人滑自由滑比赛中,来自中国队的隋文静和韩聪,在男女双人花样滑冰运动中,男运动员以自身为转动轴拉着女运动员做匀速圆周运动。若运动员的转速为30 r/min,女运动员触地冰鞋的线速度为4.8 m/s,求女运动员做圆周运动的角速度、触地冰鞋做圆周运动的半径及向心加速度的大小。【解析】男女运动员的转速、角速度是相同的,
由ω=2πn得ω=2×3.14× rad/s=3.14 rad/s
由v=ωr,得r= m≈1.53 m
由a=ω2r,得a=3.142×1.53 m/s2≈15.1 m/s2。
答案:3.14 rad/s　1.53 m　15.1 m/s2【补偿训练】
(多选)如图所示为A、B两质点做匀速圆周运动的向心加速度随半径变化的图像,其中A为双曲线的一个分支,由图可知 (　　)
A.A物体运动的线速度大小不变
B.A物体运动的角速度大小不变
C.B物体运动的角速度大小不变
D.B物体运动的线速度大小不变【解析】选A、C。匀速圆周运动的向心加速度的计算
式有两个:a= 或a=ω2r,因此不能不加判断就认为a
与r成反比或a与r成正比,而只能这样表述:当v的大小
相等时,a的大小跟r成反比;当ω相同时,a的大小跟r成
正比。B质点做匀速圆周运动的向心加速度随半径变化
规律是通过原点的一条直线,即a∝r,故C项对。A质点做匀速圆周运动的向心加速度随半径变化规律是双曲
线的一支,即a∝ ,故A项对。
【拓展例题】考查内容:圆周运动的临界极值问题
【典例】如图所示,水平转盘上放有质量为m的物块,当物块到转轴的距离为r时,连接物块和转轴的绳刚好被拉直(绳中张力为零)。已知物块与转盘间最大静摩擦力是其重力的k倍,当绳中张力达到8kmg时,绳子将被拉断。则:(1)转盘的角速度为ω 1= 时,绳中的张力T1。
(2)当转盘的角速度为ω 2= 时,绳中的张力T2。
(3)要将绳拉断,转盘的最小转速ω min。【解析】(1)设角速度为ω 0时绳刚好被拉直且绳中张
力为零,则由题意有:kmg=
解得:ω 0=
当转盘的角速度为ω 1= 时,因为ω 1<ω 0,物块所
受静摩擦力足以提供物块随转盘做圆周运动所需向心
力,绳子张力为零,即:T1=0(2)当转盘的角速度为ω 2= 时,因为ω 2>ω 0,物
块所受最大静摩擦力不足以提供物块随转盘做圆周运
动所需向心力,则绳子有张力。
则有:kmg+T2=
解得:T2= kmg(3)要将绳拉断,静摩擦力和绳子的张力都要达到最大值,则有:
kmg+8kmg=
解得:ωmin=3
答案:(1)0　 (2) kmg　 (3)3 【课堂回眸】