向心力 完整版PPT

1、第二節(jié) 向心力學(xué)習(xí)目標(biāo)1、理解向心力的來(lái)源2、理解向心力是效果力3、理解向心力與哪些因素有關(guān)4、理解向心力的公式及應(yīng)用、根據(jù)力的性質(zhì)進(jìn)行分類，我們學(xué)習(xí)了哪幾種力？哪些力是根據(jù)力的效果命名的？、 平拋運(yùn)動(dòng)的實(shí)質(zhì)是什么？、什么叫勻速圓周運(yùn)動(dòng)？在勻速圓周運(yùn)動(dòng)中線速度具有什么樣的特點(diǎn)？線速度、角速度跟周期之間的關(guān)系怎樣表示？復(fù)習(xí)并思考下列問(wèn)題實(shí)驗(yàn)：學(xué)生進(jìn)行如圖所示的 實(shí)驗(yàn)，并思考下列問(wèn)題。 （一）實(shí)驗(yàn)與思考一、感受向心力2、你牽繩子的手有什么感覺(jué)？3、小球的受力情況如何？5、如果松手，將會(huì)發(fā)生什么現(xiàn)象？4、細(xì)繩對(duì)球的拉力方向有何特點(diǎn)？思考:1、小球?yàn)槭裁磿?huì)做圓周運(yùn)動(dòng)？2、你牽繩子的手有什么感覺(jué)？3、小

2、球的受力情況如何？5、如果松手，將會(huì)發(fā)生什么現(xiàn)象？4、細(xì)繩對(duì)球的拉力方向有何特點(diǎn)？思考:1、小球?yàn)槭裁磿?huì)做圓周運(yùn)動(dòng)？（二）向心力1、定義：做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體受到的沿半徑指向圓心的力，這個(gè)力叫向心力。3、方向：總是與線速度方向垂直，并沿半徑指向圓心。4、特點(diǎn)：(1)只改變速度方向，不改變速度大小。(2)是根據(jù)作用效果命名的。2、來(lái)源：向心力并不是一個(gè)新的力，它是由物體所受的合外力提供。當(dāng) 、r 一定 時(shí)，m大則F大當(dāng)m 、一定時(shí)， r 大則 F大當(dāng)m 、r 一定時(shí)，大則 F大實(shí)驗(yàn)表明：向心力F 跟質(zhì)量m、半徑r、角速度都有關(guān)系。（三）演示實(shí)驗(yàn)（四）向心力的公式：m r2mV2rm2T24 rF

3、 - Nm-kgr - m-rad/s V - m/sT - s各量的單位 二、 向心加速度V2ra大?。?r方向：總是跟線速度的方向垂直，并沿半徑指向圓心（理論推導(dǎo)）2T24 r1、從 看，好像a跟r成正比；從 看，好像a跟r成反比。那么：“向心加速度的大小跟半徑是成正比還是成反比呢？”應(yīng)該怎樣回答？V2ra=2ra=三、討論與交流2.甲、乙兩球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，向心加速度a隨半徑r變化的關(guān)系圖象如圖所示,由圖象可以知道（）A、甲球運(yùn)動(dòng)時(shí)，線速度大小保持不變B、甲球運(yùn)動(dòng)時(shí)，角速度大小保持不變C、乙球運(yùn)動(dòng)時(shí)，線速度大小保持不變D、乙球運(yùn)動(dòng)時(shí)，角速度大小保持不變B C甲乙raO3、試從你所理解的角

4、度，談?wù)劄槭裁凑f(shuō)勻速圓周運(yùn)動(dòng)是變速運(yùn)動(dòng)？因?yàn)閯蛩賵A周運(yùn)動(dòng)線速度的大小雖然不變，但是線速度的方向在不斷地改變。所以勻速圓周運(yùn)動(dòng)是變速運(yùn)動(dòng)。4、一個(gè)2kg的物體在半徑為0.5m的圓周上做周期為2s的勻速圓周運(yùn)動(dòng),則向心加速度是多大？所需向心力是多大？解:由2T24 ra = 5m/s2=4(3.14)20.522m/s2F = mT224 r=42(3.14)20.522N= 10N實(shí)例1、圓錐擺：擺線長(zhǎng)為L(zhǎng)，在擺動(dòng)時(shí)擺線與豎直方向上的夾角為，求解周期T。 四、生活中的向心力 火車在平直軌道上勻速行駛時(shí)，所受的合力等于0，那么當(dāng)火車轉(zhuǎn)彎時(shí)，我們說(shuō)它做圓周運(yùn)動(dòng)，那么是什么力提供火車的向心力呢？實(shí)例2

5、、火車轉(zhuǎn)彎：1、內(nèi)外軌道一樣高時(shí)GFNF轉(zhuǎn)彎處-外軌略高于內(nèi)軌。 向心力2、轉(zhuǎn)彎時(shí)LhmgFNFO如圖火車按規(guī)定的速度轉(zhuǎn)彎時(shí)，需要的向心力完全由火車所受的重力mg和支持力FN的合力F0來(lái)提供，F(xiàn)0mg tanmV2rF0g tanV2r在 很小時(shí),tan sin = hL即：VgrhL實(shí)例3 “水流星”模型 課件展示雜技演員表演“水流星”節(jié)目，我們發(fā)現(xiàn)不管演員怎樣掄，水都不會(huì)從杯里灑出，甚至杯子在豎直面內(nèi)運(yùn)動(dòng)到最高點(diǎn)時(shí)，已經(jīng)杯口朝下，水也不會(huì)從杯子里灑出。這是為什么？ 設(shè)水的質(zhì)量為m，杯子運(yùn)動(dòng)到最高點(diǎn)時(shí)速率為v，繩長(zhǎng)為r則有：N+mg=mv2/r解：N0 v 1.當(dāng)v 時(shí)，水在杯中剛好不流出，

6、此時(shí)水作圓周運(yùn)動(dòng)所需向心力剛好完全由重力提供，此為臨界條件。2.當(dāng)v 時(shí)，杯底對(duì)水有一向下的力的作用，此時(shí)水作圓周運(yùn)動(dòng)所需向心力由和重力的合力提供。3. 當(dāng)v 時(shí)，實(shí)際情況杯底不可能給水向上的力，所以，此時(shí)水將會(huì)流出杯子。實(shí)例4.有支持物支持的小球，在豎直平面作圓周運(yùn)動(dòng)過(guò)最高點(diǎn)的臨界條件：V桿VabV=0（有物體支持的小球不會(huì)脫離軌道，只要還有向前速度都能向前運(yùn)動(dòng)。如上圖示（a）的球過(guò)最高點(diǎn)時(shí)，輕質(zhì)桿對(duì)球產(chǎn)生的彈力情況：（1）當(dāng)V=0時(shí)，N=mg（ N為支持力，方向和指向圓心方向相反）（2）當(dāng)0VN0（ N仍為支持力）（3）當(dāng)注意：上圖（b）中的小球，此時(shí)將脫離軌道做平拋運(yùn)動(dòng)，因?yàn)檐壍缹?duì)它不能

7、產(chǎn)生拉力。實(shí)例5 、汽車過(guò)拱形橋當(dāng)汽車過(guò)凸形橋時(shí)有：V2rmgFN mmgFNV2r FN mgmmgmV2rFNV2rmgm FNmgFN當(dāng)汽車過(guò)凹形橋時(shí)有：例一：如圖示，一輕桿一端固定質(zhì)量為m的小球，以另一端O為圓心，使小球做半徑為R的圓周運(yùn)動(dòng)，以下說(shuō)法正確的是：OA、小球過(guò)最高點(diǎn)時(shí)，桿所受的彈力可以等于零。B、小球過(guò)最高點(diǎn)時(shí)的最小速度是C、小球過(guò)最高點(diǎn)時(shí)，桿對(duì)球的作用力可以與球所受重力方向相反，此時(shí)重力一定大于桿對(duì)球的作用力。D、小球過(guò)最高點(diǎn)時(shí)，桿對(duì)球作用力一定與小球所受重力方向相反。分析與解答：討論一：如果把桿換成細(xì)繩，情況怎樣？【例2】如圖所示裝置中，三個(gè)輪的半徑分別為r、2r、4r

8、，b點(diǎn)到圓心的距離為r，求圖中a、b、c、d各點(diǎn)的線速度之比、角速度之比、加速度之比。abcd解析：va= vc，而vbvcvd =124，所以va vbvcvd =2124；ab=21，而b=c=d ，所以abcd =2111；再利用a=v，可得aaabacad=4124點(diǎn)評(píng)：凡是直接用皮帶傳動(dòng)（包括鏈條傳動(dòng)、摩擦傳動(dòng)）的兩個(gè)輪子，兩輪邊緣上各點(diǎn)的線速度大小相等；凡是同一個(gè)輪軸上（各個(gè)輪都繞同一根軸同步轉(zhuǎn)動(dòng)）的各點(diǎn)角速度相等（軸上的點(diǎn)除外）?！纠?】如圖所示，半徑為R的半球形碗內(nèi)，有一個(gè)具有一定質(zhì)量的物體A，A與碗壁的摩擦不計(jì)，當(dāng)碗繞豎直軸OO1勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，物體A在離碗底高為h處緊貼著碗隨碗

9、一起勻速轉(zhuǎn)動(dòng)而不發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)，求碗轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度ACRhD【例4】 （2005年合肥模擬)如圖甲所示，把一個(gè)質(zhì)量m=1kg的物體通過(guò)兩根等長(zhǎng)的細(xì)繩與豎直桿上A、B兩個(gè)固定點(diǎn)相連接，繩長(zhǎng)都是1m，AB長(zhǎng)度是1.6m(1)直桿和球旋轉(zhuǎn)的角速度等于多少時(shí)b繩上才有張力?(2)小球的轉(zhuǎn)速若為7rads，a、b繩上的張力各是多少?Ta=30.75N;Tb=18.25N=3.5rad/s解圓周運(yùn)動(dòng)問(wèn)題的方法和步驟1、確定研究對(duì)象：做圓周運(yùn)動(dòng)的物體。2、對(duì)研究對(duì)象進(jìn)行受力分析，弄清向心力的來(lái)源。3、建立坐標(biāo)系或選取正方向，原點(diǎn)選在運(yùn)動(dòng)物體上，x軸的正方向沿半徑指向圓心。4、根據(jù)牛頓第二定律列方程，并統(tǒng)一單位，解方程。1、一段鐵路轉(zhuǎn)彎處，內(nèi)外軌的高度差為h10cm，彎道半徑為r1000m，兩鐵軌間的間距為L(zhǎng)1435mm，求這段彎道的設(shè)計(jì)速度是多大？（取10m/s2）分層訓(xùn)練LhmgFNFOF0mg tanmV2rF0g tanV2r在 很小時(shí),tan sin = hL即：VgrhL=26.4m/s101000 0.11.435=m/s=95km/h2、一質(zhì)量為m的物體，沿半徑為R的圓形向下凹的軌道滑行，如圖所