鲁科版_必修2_ 第4章 匀速圆周运动 _ 第2节 向心力与向心加速度课件26张PPT

第2节：向心力与向心加速度
1：复习提问
（1）什么是匀速圆周运动
（2）描述匀速圆周运动快慢的物理量有哪几个？
（3）上述物理量间有什么关系？
由于匀速圆周运动的速度方向时刻在变，所以匀速圆周运动是变加速曲线运动。而力是改变物体运动状态的原因。那么做匀速圆周运动的物体所受合外力有何特点？加速度又如何呢？
这些物体为什么会做圆周运动？。

2.合外力有何特点？
1.小球受哪几个力的作用？
思考
自我动手小实验
对小球分析，受到三个外力作用，即重力G、桌面支持力N和绳子的拉力F，合力就是绳子的拉力F，始终指向圆心。
G
FN
F
小球受力分析：
O
FN与G互相平衡，所以合力为线的拉力F
1、定义：做圆周运动的物体一定要受一个始终指向圆心等效力的作用，这个力叫向心力。
一、向心力
（1）向心力的方向始终指向圆心，因此向心力只改变线速度的方向，不改变线速度的大小。
2、特点：
（2）向心力是根据力的作用效果来命名的力，
不是一种新的性质的力。它通常由重力、弹力、
摩擦力来提供，或由这些力的合力或分力来提供。
ω
G
FN
Ff
实例1：物体随盘一起做匀速圆周运动
木块受到哪些力的作用？
木块做圆周运动所需向心力由什么力提供？
想一想
实例2：圆锥摆做匀速圆周运动
小球受到哪些力的作用？
向心力由什么力提供？
想一想
r
θ
O
G
F合
F
结论:
向心力由拉力F和重力G的合力提供
玻璃球沿碗壁做匀速圆周运动
G
FN
F合
（3）若物体做匀速圆周运动，其速度大小不变，方向时刻变化，则合外力必须始终指向圆心，完全提供向心力。
若物体做非匀速圆周运动，其速度大小变化，方向也时刻变化，则合外力必须有沿圆周切线方向的分力来改变速度大小，同时有沿径向方向的分力充当向心力改变速
度方向，故合外力不指向圆心，也不等同于向心力。
VA
F合
匀速圆周运动
VA
F合
非匀速圆周运动
Fn
Ft
向心力
合外力
Ft改变速度大小
Fn改变速度方向
F合即Fn只改变速度方向
不改变速度大小
向心力
合外力
BCD
例1：关于向心力，下列说法正确的是（
）
A、物体只有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
命名的
C、做匀速圆周运动的物体，受到的合外力完全充当向心
力
D、向心力只改变物体运动的方向，不可能改变物体运动
速度的大小
4、向心力大小：
（1）学生分组实验：
猜想：向心力大小可能与
_________________
因素有关
质量、
半径、
角速度
（2）演示实验：向心力演示器
第一：结构
标尺
长槽
短槽
挡板
手柄
变速塔轮
工作原理
G
N
F
第二：工作原理：小球向外压挡板，挡板对小球的反作用力指向转轴，提供了小球做匀速圆周运动的向心力，两力大小相等，同时小球压挡板的力使挡板另一端压缩套在轴上的弹簧，弹簧被压缩的格数可以从标尺中读出，即显示了向心力大小。
1、F与m的关系
保持r、ω一定
保持ω
、m一定
3、F与ω
的关系
保持m、
r一定
2、F与r的关系
m大，F也大
ω
大，F也大
r大，F也大
第三：实验方法——控制变量法
精确的研究表明:
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：
F＝mrω2
做圆周运动的物体，在向心力F的作用下必然要产生一个加速度，据牛顿运动定律得到：这个加速度的方向与向心力的方向相同，叫做向心加速度。
二、向心加速度
推导:
向心加速度的大小与方向
根据牛顿第二定律:
F合=
m
a
或
a与r究竟是成正比呢，还是成反比？
想一想
若ω一定
,
就成正比
;若v一定
,
就成反比
二、向心加速度
1、概念：向心力产生的加速度
2、方向：总是指向圆心，时刻变化，是一个变加速度
3、意义：描述线速度方向变化快慢的物理量。
匀速圆周运动是加速度方向不断改变的变加速运动
4、大小：
说明：
和
也适用于变速圆周运动(瞬时值)
三、对匀速圆周运动的进一步认识
1、匀速圆周运动的特点：
是一种变加速曲线运动。
2、匀速圆周运动的性质：
ω、T、f恒定不变，v、a、
大小不变，
方向时刻改变。
例2、关于质点做匀速圆周运动的下列说法中，错误的是（
）
A．由a=
可知，a与r成反比
B．由a=
可知，a与r成正比
C．由v=
ωr
知，当ω恒定时V与r成正比
D．由ω=2πn
可知，ω与n成正比
AB
课堂练习1、
长为L的细线，栓一质量为m的小球，一端固定于O点，让其在水平面内做匀速圆周运动（这种运动通常称为圆锥摆运动），如图所示，摆线L与竖直方向的夹角为Q。
求
：（1）细线的拉力。
（2）小球运动的线速度的大小。
（3）小球运动的周期。
课堂练习：2、
一质量为m的物体，用长为L的细线悬挂于
O点，在O点正下方L/2处钉有一根长钉，把悬
线沿水平方向拉直后无初速释放，当细线碰
到钉子瞬间（　
）
A．小球的线速度突然增大
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．悬线拉力突然增大
BCD
课
堂
小
结
一、
向心力：
⑴
大小：
⑵
方向：
沿半径指向圆心,是变力
⑶
特点：
F
⊥v
,
方向不断变化
⑷
来源：
重力、弹力、摩擦力或几个力沿半径方向
的合力
或:F=m
v2
r
F=mrω2
二、
向心加速度:
⑴
大小:
a
=
rω2
或
⑵
方向:
沿半径指向圆心，方向不断
变化，是变加速运动。
⑶
物理意义:
表示速度方向变化快慢的物理量。
a=
v2
r