5.6 向心力—人教版高中物理必修二课件(共54张PPT)

(共54张PPT)
高中物理课程（必修二）
—— 5.6 向心力


























录

目
前情回顾
01


















































要点解析
02
题型演练
03
课程总结
04
课后作业
05

节

章
前情回顾
Part One
任何做匀速圆周运动的物体的加速度都? ? ? ? ? ? ? ，这个加速度叫做
向心加速度
指向圆心
向心加速度的方向始终
指向圆心
向心加速度描述? ? 速度的? ? ? ?变化快慢
线
方向
向心加速度的大小

前情回顾





AB两点等量关系
线速度之比
角速度之比
周期之比
共轴传动
皮带传动
齿轮传动


前情回顾



















节

章
要点解析
Part Two
掌握向心力公式
理解向心力与其他力的关系，知道向心力是按力的效果命名的力
向心力
匀速圆周运动
演示1
光滑桌面上绕图钉做 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?的小球
合力F指向圆心
由实例分析向心力的方向
演示2
细绳一端固定，另一端系有小球，小球做圆锥摆运动
指向圆心
拉力? ? 在水平方向的分力


由实例分析向心力的方向
做匀速圆周运动的物体所受合力指向圆心
据有限的实例不能得出普遍性的结论
理论分析
向心加速度
牛顿第二定律
所受合力指向圆心
向心力
？
理论分析向心力的方向
定义：
做匀速圆周运动的物体受到的指向圆心的合力，这个合力叫向心力
符号：
方向：
总与线速度方向垂直，并沿半径指向圆心
向心力的方向时刻变化
作用效果：
只改变线速度的方向，不改变线速度的大小
产生向心加速度

向心力
地球受到太阳的吸引力充当向心力角色
地球受到的合力充当向心力角色
地球绕太阳做（近似的）匀速圆周运动
向心力的来源是什么？
向心力的来源
小球在光滑桌面上绕固定图钉做匀速圆周运动
小球受到的细绳的拉力充当向心力角色
小球的合力充当向心力角色
竖直方向
水平方向
向心力的来源是什么？
向心力的来源
小球所受绳子拉力在水平方向的分力充当向心力角色
小球所受绳子拉力和重力的合力充当向心力角色
小球绕O点做匀速圆周运动
竖直方向
水平方向
向心力的来源是什么？
向心力的来源
物块放在转台上，随转台做匀速圆周运动，转台与物体间没有发生相对滑动
小物块所受静摩擦力充当向心力的角色
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的角色

竖直方向
水平方向
向心力的来源是什么？
向心力的来源
滚筒洗衣机中物体跟着滚筒一起匀速转动
物体所受支持力充当向心力角色
物体所受重力、摩擦力和支持力的合力充当向心力角色
竖直方向
水平方向

向心力的来源是什么？
向心力的来源
小球放在光滑玻璃漏斗中，晃动漏斗，小球在某一平面做匀速圆周运动
物体所受支持力在水平方向上的分力充当向心力角色
物体所受重力和支持力的合力充当向心力角色
竖直方向
水平方向

向心力的来源是什么？
向心力的来源
玻璃球所受内壁支持力在水平方向上的分力充当向心力角色
玻璃球所受重力和内壁的支持力的合力充当向心力角色
玻璃球沿透明碗的内壁在水平面内做匀速圆周运动（不计摩擦）
竖直方向
水平方向

向心力的来源是什么？
向心力的来源
关于向心力的几点说明
向心力由物体已有受力来提供，它可以是某一个力、某一个力的分力或者物体所受合力
向心力是根据作用效果命名的，它不是具有确定性质的某种力
物体做匀速圆周运动时，向心力由合外力提供
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
特别注意：
向心力的来源说明
分析向心力来源的一般思路
明确研究对象
确定圆周运动所在平面，明确圆周运动的圆心、半径和轨迹
对物体进行受力分析，分析指向圆心方向的合力，即向心力
向心力的来源说明
知道向心力演示仪的原理
会分析圆锥摆的向心力并能够进行计算
向心力的验证
物体的质量
角速度（线速度)
半径
用实验来探究一下向心力和物体的质量、角速度以及半径的关系
控制变量
猜想向心力的影响因素可能有
向心力的来源说明
向心力演示仪的原理
a.转动手柄，可以使两个变速塔轮以及长槽和短槽之匀速转动，槽内的小球就做匀速圆周运动?
b.使小球做圆周运动的向心力由横臂的挡板对小球的压力提供，球对挡板的反作用力，通过横臂的杠杆作用使弹簧测力套筒下降，从而露出标尺??
?c.标尺上露出的红白相间等分格子可以显示出两个球所受向心力的比值
向心力演示仪
w、r 一定时，
m越大、? ?越大
控制角速度、转动半径不变，研究向心力与质量的关系
向心力大小的实验探究
?控制角速度、质量不变，研究向心力与转动半径的关系
w、m一定时，
r 越大、? ? 越大

向心力大小的实验探究
m、r 一定时，
w 越大、? ? 越大
?控制转动半径、质量不变，研究向心力与角速度的关系
向心力大小的实验探究
初步得到向心力和质量、角速度以及转动半径的关系
w、r 一定时，
m越大、? ?越大
w、m一定时，
r 越大、? ? 越大
m、r 一定时，
w 越大、? ? 越大
是否能根据所学物理知识得到更精确的关系呢？
向心力大小的实验探究
做匀速圆周运动的物体的向心力的来源是什么？
合外力提供向心力
结合牛顿第二定律及向心加速度的公式，你能得到向心力的表达式吗？

向心加速度
向心力

向心力大小的理论推导



试一试推导向心力其他形式的表达式
向心力大小的理论推导
实验原理
如何测量
如何测量
实验器材
天平、秒表、刻度尺

向心力大小的圆锥摆验证
该实验中是否一定要测小球质量和运动半径？为什么？
如何测出悬点到球心的竖直高度？
测出纸面距悬点的高度，估测小球直径及小球运动时距纸面的高度，前者减去后者就可粗略看做悬点到球心的竖直高度

向心力大小的圆锥摆验证
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，使链球运动地更远
这个过程中链球做变速圆周运动
做变速圆周运动的物体，其受力是什么情况呢？
变速圆周运动
知道变速圆周运动法向方向分力充当向心力，改变运动的方向
知道变速圆周运动切向方向分力改变运动的快慢
变速圆周运动的受力
对链球受力分析
根据F产生的效果，将合力F分解为：
沿半径方向的? ? ? ??
沿切线方向的
这两个分力的作用效果分别是什么？
向心分力? ? ，产生向心加速度? ? ，只改变线速度的方向
切向分力? ? ，产生切向加速度? ? ，改变线速度的大小
与速度v方向一致时，物体加速
与速度v方向相反时，物体减速
向心力

合力与速度方向既不平行，也不垂直
变速圆周运动
物体做变速圆周运动时，合外力如何决定线速度大小的变化？
当合外力与速度? ? ? ?夹角，物体线速度?
当合外力与速度? ? ? ?夹角，物体线速度?
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? ? ? ? ? ? ? ? ?时
物体做变速圆周运动
锐角
钝角
增加
减小
不指向圆心
变速圆周运动
从向心力的来源来看，匀速圆周运动和变速圆周运动有何不同？
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
从加速度的角度来看，匀速圆周运动和变速圆周运动有何不同？
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
合力沿半径方向的分力
变速圆周运动和匀速圆周运动
确定研究对象
确定物体做圆周运动的轨道平面及圆心
对物体进行受力分析
将力分解到向心加速度方向和垂直向心加速度方向
在向心加速度方向利用牛二和向心加速度公式列方程，求解
讨论解的合理性
变速圆周运动的解题思路
如果物体的运动轨迹既不是直线也不是圆周
这样的曲线运动称为一般曲线运动
此时轨迹各个地方的弯曲程度不一样，如何研究？
一般的曲线运动
掌握处理一般曲线运动的方法
知道一般曲线运动可以看做是一小段一小段的圆周运动作为信息题给了向心角速度和线速度，会求曲率半径
一般的曲线运动
A点和B点的曲率圆，谁大？
B点的曲率圆大
把这条曲线分割为许多很短的小段，质点在每小段的运动都可以看做圆周运动的一部分
弯曲程度越小，曲率圆越大
取轨迹的一部分进行分析
取A点附近的一小段圆弧，若这段圆弧与一个半径为? ?的圆重合，这段运动就可看做半径为? 的圆周运动
A点的曲率圆
A点的曲率半径

一般的曲线运动
如何找曲线运动中某一点的曲率圆？
在该点附近另寻找两个点，做圆使圆刚好与这三个点所在的弧重合，这个圆就是这一点的曲率圆
如何解决一般曲线运动的问题？
用变速圆周运动的解题方法进行计算
一般的曲线运动
















































节

章
题型演练
Part Three
【例1】甲、乙两物体（均可视为质点）做匀速圆周运动的半径之比为1：2，它们的质量之比为2：1。若在相同时间内，甲、乙两物体与圆心的连线转过的角度分别为30°和60°，则它们所受的合力大小之比为（　 　）
A. 1：4
B. 1：3
C. 2：3
D. 4：9
A
例题讲解（向心力）
【练1】关于向心力的说法中错误的是 (　 　)
A. 向心力是根据力的作用效果命名的
B. 向心力是指向圆心方向的合力
C. 向心力可以是重力、弹力、摩擦力等各种力的合力，也可以是其中一种力或一种力的分力
D. 向心力只改变物体运动的大小
D
变式训练（向心力）
③
例题讲解（向心力的验证）
【例2】物体做匀速圆周运动时，向心力与哪些因素有关？某同学通过下面的实验探究，获得体验。
如图甲所示，绳子的一端拴一个小沙袋，绳上离小沙L处打一个绳结A，2L处打另一个绳结B。请一位同学帮助用秒表计时。如图乙所示，做了四次体验性操作。
操作①：手握绳结A，使沙袋在水平面内做匀速圆周运动，每秒运动1周。
操作②：手握绳结B，使沙袋在水平面内做匀速圆周运动，每秒运动1周。
（1）操作②与操作①中，体验到绳子拉力较大的是操作②；
操作③：手握绳结A，使沙袋在水平平面内做匀速圆周运动，每秒运动2周。
（2）操作③与操作①中，体验到绳子拉力较大的是操作 ；
操作④：手握绳结A，增大沙袋的质量到原来的2倍，使沙袋在水平面内做匀速圆周运动，每秒运动1周。
（3）操作④与操作①中，体验到绳子拉力较大的是操作 ；
（4）总结以上四次体验性操作，可知物体做匀速圆周运动时，向心力大小与物体的质量、角速度、半径有关。该同学的体验性操作的设计思路采用的实验探究方法为 。
④
控制变量法
【练2】航天器绕地球做匀速圆周运动时处于完全失重状态，物体对支持面几乎没有压力，所以在这种环境中已经无法用天平称量物体的质量。假设某同学在这种环境中设计了如图所示的装置（图中O为光滑小孔）来间接测量物体的质量：给待测物体一个初速度，使它在桌面上做匀速圆周运动。设航天器中具有以下基本测量工具：① 弹簧测力计；② 天平；③ 秒表；④ 刻度尺
（1）实验时需要的测量工具： （填写序号）
（2）实验时需要测量的物理量与符号是：
。
（3）待测物体质量的表达式为m＝ 。
①、③、④
变式训练（向心力的验证）
弹簧测力计示数F、圆周运动的半径R、圆周运动的周期T
【例3】如图所示，一光滑大圆环固定在桌面上，环面位于竖直平面内，在大圆环上套着一个小环，小环受轻微扰动由大圆环的最高点从静止开始下滑，在小环下滑的过程中，下列说法正确的是（　 　）
A. 小环所受合外力始终指向圆心
B. 大圆环对小环一直存在作用力
C. 大圆环对小环的作用力始终指向圆心
D. 大圆环对小环的作用力先变小后变大
D
例题讲解（变速圆周运动的受力）
【练3】如图所示，细绳一端固定在O点，另一端系一小球，在O点的正下方A点钉一个钉子，小球从一定高度摆下，细绳与钉子相碰前、后瞬间，小球的线速度 （选填"变大"、"变小"或"不变"），细绳所受的拉力 （选填"变大"、"变小"或"不变"）。
不变
变式训练（变速圆周运动的受力）
变大
























节

章
课程总结
Part Four
符号
大小
方向
效果
来源
指向圆心
改变线速度的方向
可以是某个力、某个力的分力或几个力的合力
做匀速圆周运动的物体，? ? ? 提供向心力
合力





小结
绕圆周运动的物体在什么情况下做变速圆周运动？
（分别从力和加速度两个角度阐述）
变速圆周运动中合力如何改变线速度？
合力与线速度夹锐角，线速度增加
合力与线速度夹钝角，线速度减小
合力不指向圆心
（合力并非向心力）
同时具有向心加速度和? ? ?切向加速度? ? ?
小结


























节

章
课后作业
Part Five
配套教材：第25页【单步训练】
课后作业

大

谢

谢

家