人教版必修2 第五章 曲线运动 5．6向心力 （共33张PPT）
文档属性
| 名称 | 人教版必修2 第五章 曲线运动 5．6向心力 （共33张PPT） |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 1.2MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（新课程标准） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2019-12-29 10:56:34 | ||
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文档简介
(共33张PPT)
第七节 向心力
做匀速圆周运动物体的加速度指向圆心，这个加速度称为向心加速度 an。
an 哪来的？即an 是如何产生的？
根据牛顿第二定律可知物体一定受到了指向圆心的合力，这个合力叫做向心力。
方向始终指向圆心
1.向心力
1. 定义：做匀速圆周运动的物体所受到的指向圆心的合力，叫向心力。
4. 效果：只改变 v 的方向，不改变 v 的大小。
3. 方向：始终指向圆心 ( 与 v 垂直 )，是变力。
2. 符号：Fn
一、向心力
v
v
v
O
Fn
Fn
Fn
F合＝man
F合＝Fn
?
v2
r
5. 大小：
Fn = mω2r
?
v2
r
向心力的实验验证：
方法1：向心力演示器
控制变量法
(1)、结构及原理
(2) 、实验方法
v
v
v
O
Fn
Fn
Fn
向心力是不是一种新的性质力？即向心力是不是与重力、弹力、摩擦力一样都是按照某种性质来命名的力？
O
F引
F合＝F引
＝Fn
向心力来源分析
O
mg
FN
Ff
Fn ＝Ff
FT
G
F合
向心力来源分析
O
mg
FN
Fn＝FN+ mg
Fn＝F合
1. 向心力是按照效果命名的力，并不是物体额外受到的一个力；受力分析时, 不能多出一个向心力。
F合＝Fn
2. 向心力的来源：物体所受的合力提供了物体做匀速圆周运动所需的向心力。（可以是重力、弹力、摩擦力等各种性质力的合力）
FN
mg
F静
几种常见的匀速圆周运动受力分析
r
mg
F静
O
FN
滚
筒
转
盘
O
θ
O'
FT
mg
F合
圆
锥
摆
几种常见的匀速圆周运动受力分析
O
r
mg
FN
F合
圆
台
筒
分析向心力来源的思路
1、明确研究对象
2、确定圆周运动所在的平面，
明确圆周运动的轨迹、半径及
圆心位置
3、进行受力分析，分析指向
圆心方向的合力即向心力
体会思考:
【问题】：向心力是不是像重力、弹力、
摩擦力那样按性质来命名的？
【牢记】：向心力是 ，它是物体所受
力的合力。向心力的作用效果是只改变速度的 ， 不改变速度的 。
【问题】：匀速圆周运动的合力有何特点？
【牢记】：匀速圆周运动的合力大小不变，方向沿半径指向圆心，方向时刻变化，是一变力。
效果力
方向
大小
2.变速圆周运动
和
一般的曲线运动
二、变速圆周运动和一般的曲线运动
只加速
只减速
1.回顾
an
为什么变速速圆周运动的速度大小时刻改变，速度方向时刻改变？
2.思考
只改变速度方向
3、做变速圆周运动的物体所受的力
F
Fn
Ft
F 切向分力，它产生切向加速度，改变速度的大小。
Fn 向心分力，它产生向心加速度，改变速度的方向。
加速
变速圆周运动的合外力不指向圆心，即不是向心力；
而沿半径指向圆心方向的合力才是向心力。
O
v
O
Fn
Ft
F合
v
F合
匀速圆周运动
变速圆周运动
变速圆周运动所受的合力不一定指向圆心
F合提供向心力
一个分力提供向心力
切向力Ft ：垂直半径方向的分力
向心力Fn ：指向圆心的分力
匀速圆周运动所受的合力提供向心力，方向始终指向圆心
产生向心加速度，改变速度方向
产生切向加速度，改变速度大小
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。
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
产生切向加速度，改变速度的大小
产生向心加速度，改变速度的方向
变速圆周运动
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。
三、一般曲线运动：
处理方法----把曲线分割为许多极短的小段,每小段都看作一小段圆弧.它们具有不同的曲率半径.在分析质点在某位置的运动时可采用分析圆周运动的方法进行处理.即向心力的公式仍然适用。
问题讨论:一般曲线运动各个地方的弯曲程度不一样，如何研究？
r1
r2
3. 向心力的大小
2. 向心力的作用效果：
1. 向心力的方向：
4. 变速圆周运动中的合力并非向心力
指向圆心
改变速度的方向
在匀速圆周运动中合力充当向心力
1、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
B
2、用细线拴柱一球做匀速圆周运动，下列说法中正确的是（ ）
在线速度一定情况下，线越长越易断
A
在线速度一定情况下，线越短越易断
B
在角速度一定情况下，线越长越易断
C
在角速度一定情况下，线越短越易断
D
BC
3、如图所示，在匀速转动的圆筒内壁上紧靠着一个物体一起运动，物体所受向心力是 （ ）
A．重力
B．弹力
C．静摩擦力
D．滑动摩擦力
B
变式2、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）
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
4、如图所示，在粗糙水平板上放一个物体，使水平板和物体一起在竖直平面内沿逆时针方向做匀速圆周运动，ab为水平直径，cd为竖直直径，在运动过程中木板始终保持水平，物块相对木板始终静止，则??????
A．物块始终受到三个力作用?????????????????
B．只有在a、b、c、d四点，物块受到合外力才指向圆心
C．从a到b，物体所受的摩擦力先增大后减小?
D．从b到a，物块处于超重状态
5、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
C
A
6、当细绳与钉子相碰时，为什么钉子越靠近小球，绳子就越容易断？
变式：
小球m用长为L的悬线固定在O点，O点正下方L/2处有一个光滑钉子C，今把小球拉到悬线成水平后无初速度释放，当悬线成竖直状态且与钉子相碰时（ ）
Ａ．小球的速度突然增大
Ｂ．小球的角速度突然增大
Ｃ．小球的向心加速度突然增大
Ｄ．悬线的拉力突然增大
BCD
7、如图Ａ、Ｂ、Ｃ三个物体放在水平旋转的圆盘上，三物与转盘的最大静摩擦系数均为μ，A的质量是2m，B和C的质量均为m，A、B离转轴距离为R，C离轴2R，若三物相对盘静止，则( )
A、每个物体均受重力、支持力、静摩擦力、向心力四个力的作用。
B、C的向心加速度最大。
C、B的摩擦力最小。
D、当圆台转速增大时，
C比B先滑动，A和B同时滑动
BCD
A
B
C
8、如图所示，用一根长为L＝1 m的细线，一端系一质量为m＝1 kg的小球(可视为质点)，另一端固定在一光滑锥体顶端，锥面与竖直方向的夹角θ＝37°，当小球在水平面内绕锥体的轴做匀速圆周运动的角速度为ω时，细线的张力为FT.(g取10 m/s2，结果可用根式表示)
(1)若要小球离开锥面，则小球的角速度ω0至少为多大？
(2)若细线与竖直方向的夹角为60°，则小球的角速度ω′为多大？
例1. 小球做圆锥摆时，细绳长 L，与竖直方向成 θ 角，求小球做匀速圆周运动的角速度 ω 。
O′
O
mg
FT
F
θ
L
小球做圆周运动的半径 R = Lsin θ
R
解：小球的向心力由 FT 和 G 的合力提供
即 ：mgtan θ = mω2Lsin θ
F向 = mω2R
F向 = F = mgtan θ
例2. 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？
解：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
第七节 向心力
做匀速圆周运动物体的加速度指向圆心，这个加速度称为向心加速度 an。
an 哪来的？即an 是如何产生的？
根据牛顿第二定律可知物体一定受到了指向圆心的合力，这个合力叫做向心力。
方向始终指向圆心
1.向心力
1. 定义：做匀速圆周运动的物体所受到的指向圆心的合力，叫向心力。
4. 效果：只改变 v 的方向，不改变 v 的大小。
3. 方向：始终指向圆心 ( 与 v 垂直 )，是变力。
2. 符号：Fn
一、向心力
v
v
v
O
Fn
Fn
Fn
F合＝man
F合＝Fn
?
v2
r
5. 大小：
Fn = mω2r
?
v2
r
向心力的实验验证：
方法1：向心力演示器
控制变量法
(1)、结构及原理
(2) 、实验方法
v
v
v
O
Fn
Fn
Fn
向心力是不是一种新的性质力？即向心力是不是与重力、弹力、摩擦力一样都是按照某种性质来命名的力？
O
F引
F合＝F引
＝Fn
向心力来源分析
O
mg
FN
Ff
Fn ＝Ff
FT
G
F合
向心力来源分析
O
mg
FN
Fn＝FN+ mg
Fn＝F合
1. 向心力是按照效果命名的力，并不是物体额外受到的一个力；受力分析时, 不能多出一个向心力。
F合＝Fn
2. 向心力的来源：物体所受的合力提供了物体做匀速圆周运动所需的向心力。（可以是重力、弹力、摩擦力等各种性质力的合力）
FN
mg
F静
几种常见的匀速圆周运动受力分析
r
mg
F静
O
FN
滚
筒
转
盘
O
θ
O'
FT
mg
F合
圆
锥
摆
几种常见的匀速圆周运动受力分析
O
r
mg
FN
F合
圆
台
筒
分析向心力来源的思路
1、明确研究对象
2、确定圆周运动所在的平面，
明确圆周运动的轨迹、半径及
圆心位置
3、进行受力分析，分析指向
圆心方向的合力即向心力
体会思考:
【问题】：向心力是不是像重力、弹力、
摩擦力那样按性质来命名的？
【牢记】：向心力是 ，它是物体所受
力的合力。向心力的作用效果是只改变速度的 ， 不改变速度的 。
【问题】：匀速圆周运动的合力有何特点？
【牢记】：匀速圆周运动的合力大小不变，方向沿半径指向圆心，方向时刻变化，是一变力。
效果力
方向
大小
2.变速圆周运动
和
一般的曲线运动
二、变速圆周运动和一般的曲线运动
只加速
只减速
1.回顾
an
为什么变速速圆周运动的速度大小时刻改变，速度方向时刻改变？
2.思考
只改变速度方向
3、做变速圆周运动的物体所受的力
F
Fn
Ft
F 切向分力，它产生切向加速度，改变速度的大小。
Fn 向心分力，它产生向心加速度，改变速度的方向。
加速
变速圆周运动的合外力不指向圆心，即不是向心力；
而沿半径指向圆心方向的合力才是向心力。
O
v
O
Fn
Ft
F合
v
F合
匀速圆周运动
变速圆周运动
变速圆周运动所受的合力不一定指向圆心
F合提供向心力
一个分力提供向心力
切向力Ft ：垂直半径方向的分力
向心力Fn ：指向圆心的分力
匀速圆周运动所受的合力提供向心力，方向始终指向圆心
产生向心加速度，改变速度方向
产生切向加速度，改变速度大小
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。
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
产生切向加速度，改变速度的大小
产生向心加速度，改变速度的方向
变速圆周运动
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。
三、一般曲线运动：
处理方法----把曲线分割为许多极短的小段,每小段都看作一小段圆弧.它们具有不同的曲率半径.在分析质点在某位置的运动时可采用分析圆周运动的方法进行处理.即向心力的公式仍然适用。
问题讨论:一般曲线运动各个地方的弯曲程度不一样，如何研究？
r1
r2
3. 向心力的大小
2. 向心力的作用效果：
1. 向心力的方向：
4. 变速圆周运动中的合力并非向心力
指向圆心
改变速度的方向
在匀速圆周运动中合力充当向心力
1、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
B
2、用细线拴柱一球做匀速圆周运动，下列说法中正确的是（ ）
在线速度一定情况下，线越长越易断
A
在线速度一定情况下，线越短越易断
B
在角速度一定情况下，线越长越易断
C
在角速度一定情况下，线越短越易断
D
BC
3、如图所示，在匀速转动的圆筒内壁上紧靠着一个物体一起运动，物体所受向心力是 （ ）
A．重力
B．弹力
C．静摩擦力
D．滑动摩擦力
B
变式2、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）
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
4、如图所示，在粗糙水平板上放一个物体，使水平板和物体一起在竖直平面内沿逆时针方向做匀速圆周运动，ab为水平直径，cd为竖直直径，在运动过程中木板始终保持水平，物块相对木板始终静止，则??????
A．物块始终受到三个力作用?????????????????
B．只有在a、b、c、d四点，物块受到合外力才指向圆心
C．从a到b，物体所受的摩擦力先增大后减小?
D．从b到a，物块处于超重状态
5、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
C
A
6、当细绳与钉子相碰时，为什么钉子越靠近小球，绳子就越容易断？
变式：
小球m用长为L的悬线固定在O点，O点正下方L/2处有一个光滑钉子C，今把小球拉到悬线成水平后无初速度释放，当悬线成竖直状态且与钉子相碰时（ ）
Ａ．小球的速度突然增大
Ｂ．小球的角速度突然增大
Ｃ．小球的向心加速度突然增大
Ｄ．悬线的拉力突然增大
BCD
7、如图Ａ、Ｂ、Ｃ三个物体放在水平旋转的圆盘上，三物与转盘的最大静摩擦系数均为μ，A的质量是2m，B和C的质量均为m，A、B离转轴距离为R，C离轴2R，若三物相对盘静止，则( )
A、每个物体均受重力、支持力、静摩擦力、向心力四个力的作用。
B、C的向心加速度最大。
C、B的摩擦力最小。
D、当圆台转速增大时，
C比B先滑动，A和B同时滑动
BCD
A
B
C
8、如图所示，用一根长为L＝1 m的细线，一端系一质量为m＝1 kg的小球(可视为质点)，另一端固定在一光滑锥体顶端，锥面与竖直方向的夹角θ＝37°，当小球在水平面内绕锥体的轴做匀速圆周运动的角速度为ω时，细线的张力为FT.(g取10 m/s2，结果可用根式表示)
(1)若要小球离开锥面，则小球的角速度ω0至少为多大？
(2)若细线与竖直方向的夹角为60°，则小球的角速度ω′为多大？
例1. 小球做圆锥摆时，细绳长 L，与竖直方向成 θ 角，求小球做匀速圆周运动的角速度 ω 。
O′
O
mg
FT
F
θ
L
小球做圆周运动的半径 R = Lsin θ
R
解：小球的向心力由 FT 和 G 的合力提供
即 ：mgtan θ = mω2Lsin θ
F向 = mω2R
F向 = F = mgtan θ
例2. 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？
解：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