2022-2023年粵教版(2019)新教材高中物理必修2 第2章圓周運動第2節(jié)向心力與向心加速度課件

第二章圓周運動第二節(jié)向心力與向心加速度1．定義：做勻速圓周運動的物體所受的合力總指向________,這個指向圓心的力叫作__________．2．方向：始終沿半徑的方向指向________．3．效果：只改變____________,向心力是根據______________命名的．4．來源：由________或者_______________提供,還可以由某個力的分力來提供．向心力圓心向心力圓心速度的方向力的作用效果某個力幾個力的合力【答案】向心力方向指向圓心,不斷變化,不是恒力．是向心力使得物體做圓周運動,而不是做圓周運動產生向心力．做勻速圓周運動的向心力是恒力嗎？物體由于做勻速圓周運動而產生向心力嗎？1．決定因素：向心力大小由物體質量、角速度(或線速度)、軌道半徑三個因素決定．2．表達式：(1)F＝________；(2)F＝__________.向心力的大小mω2r【答案】C1．定義：勻速圓周運動的加速度叫作____________．2．方向：勻速圓周運動的加速度總是指向________,與向心力的方向________．勻速圓周運動的加速度方向向心加速度圓心相同【答案】始終互相垂直．勻速圓周運動的向心加速度與線速度的方向有什么關系？勻速圓周運動的加速度大小ω2r【答案】B1．向心力演示器如圖所示,轉動手柄1,可使變速塔輪2和塔輪3以及長槽4和短槽5隨之勻速轉動．皮帶分別套在塔輪2和塔輪3的不同圓盤上,可使兩個槽內的小球分別以幾種不同的角速度做勻速圓周運動．實驗：探究影響向心力大小的因素小球做圓周運動的向心力由橫臂6的擋板對小球的壓力提供,球對擋板的反作用力,通過橫臂的杠桿使彈簧測力套筒7下降,從而露出標尺8,標尺8上露出的紅白相間等分格子的多少可以顯示出兩個球所受向心力的大?。?．實驗過程(1)保持ω和r相同,研究小球做圓周運動所需向心力F與質量m之間的關系(如圖甲所示),記錄實驗數據．精練1如圖所示,是用來研究向心力與轉動物體的半徑、質量以及角速度之間關系的向心力演示器．(1)這個實驗所用的主要研究方法是 (

)A．控制變量法 B．等效代替法C．理想實驗法 D．假設法(2)觀察圖中兩個相同的鋼球位置距各自轉軸的距離相等,皮帶由此推測出是在研究向心力的大小F與______的關系．A．質量m B．角速度ωC．半徑r【答案】(1)A

(2)B【解析】(1)在研究向心力的大小F與質量m、角速度ω和半徑r之間的關系時,需先控制某些量不變,研究另外兩個物理量的關系,該方法為控制變量法,A正確．(2)題圖中兩球的質量相同,轉動的半徑相同,則研究的是向心力與角速度的關系,B正確．變式1用如圖所示的裝置可以探究物體做勻速圓周運動需要的向心力大小與哪些因素有關．(1)圖示情境正在探究的是________A．向心力的大小與半徑的關系B．向心力的大小與線速度大小的關系C．向心力的大小與角速度大小的關系D．向心力的大小與物體質量的關系(2)通過本實驗可以得到的結果是________A．在質量和半徑一定的情況下,向心力的大小與角速度成正比B．在質量和半徑一定的情況下,向心力的大小與線速度的大小成正比C．在半徑和角速度一定的情況下,向心力的大小與質量成正比D．在質量和角速度一定的情況下,向心力的大小與半徑成反比．【答案】(1)D

(2)C【解析】(1)控制半徑,角速度不變,只改變質量來研究向心力與質量之間的關系,故選D．(2)通過控制變量法,得到的結果為在半徑和角速度一定的情況下,向心力的大小與質量成正比,故選C．有一種叫“飛椅”的游樂項目,示意圖如圖所示,長為L的鋼繩一端系著座椅,另一端固定在半徑為r的水平轉盤邊緣,轉盤可繞穿過其中心的豎直軸轉動．當轉盤以角速度ω勻速轉動時,鋼繩與轉軸在同一豎直平面內,與豎直方向的夾角為θ.不計鋼繩的重力,探究以下問題：向心力的理解和來源(1)將座椅看作質點,分析座椅受到的力,并正交分解．(2)將拉力F分解后,指出兩個分力的效果．(3)根據探究1中得到的向心力公式,并結合圓周運動中線速度、角速度、周期、轉速的關系,推導向心力的其他表達式．4．向心力的來源(1)向心力是根據力的作用效果命名的,凡是產生向心加速度的力,不管屬于哪種性質,都是向心力,它可以是重力、彈力等各種性質的力,也可以是它們的合力,還可以是某個力的分力．(2)當物體做勻速圓周運動時,合力提供向心力．(3)當物體做變速圓周運動時,合力指向圓心的分力提供向心力．5．幾個向心力來源實例精練2

如圖所示,有一個水平大圓盤繞過圓心的豎直軸勻速轉動,小強站在距圓心為r處的P點不動．(1)關于小強的受力,下列說法正確的是 (

)A．小強在P點不動,因此不受摩擦力作用B．小強隨圓盤做勻速圓周運動,其重力和支持力充當向心力C．小強隨圓盤做勻速圓周運動,圓盤對他的摩擦力充當向心力D．若使圓盤以較小的轉速轉動時,小強在P點受到的摩擦力不變(2)如果小強隨圓盤一起做變速圓周運動,那么其所受摩擦力是否仍指向圓心？【答案】(1)C

(2)不指向圓心【解析】(1)由于小強隨圓盤做勻速圓周運動,一定需要向心力,該力一定指向圓心方向,而重力和支持力在豎直方向上,它們不能充當向心力,因而他會受到摩擦力作用,且摩擦力充當向心力,A、B錯誤,C正確；由于小強隨圓盤轉動,半徑不變,當圓盤角速度變小時,由Fn＝mω2r可知所需向心力變小,摩擦力變小,故D錯誤．(2)由于小強的運動在水平面內,小強在豎直方向上受力必平衡,當小強隨圓盤一起做變速圓周運動時,合力不再指向圓心,則摩擦力不再指向圓心．變式2如圖所示,小物體A與圓盤保持相對靜止,隨盤一起做勻速圓周運動,則物體的受力情況是

(

)A．受重力、支持力、靜摩擦力和向心力B．受重力、支持力C．重力和支持力是一對作用力和反作用力D．摩擦力是使物體做勻速圓周運動的向心力【答案】D【解析】因為物體隨盤一起做勻速圓周運動,做圓周運動的物體需要向心力,這個向心力是由靜摩擦力提供,物體還受重力和豎直向上的支持力,故A錯誤,B錯誤,D正確．重力和支持力作用在同一個物體上,大小相等,方向相反,是一對平衡力,故C錯誤．由前面向心力公式的表達式和牛頓第二定律,勻速圓周運動的向心加速度如何表示？自行車的大齒輪、小齒輪、后輪的半徑不一樣,它們的邊緣有三個點A、B、C,如圖所示．其中哪兩點向心加速度的關系適用于“向心加速度與半徑成正比”,哪兩點適用于“向心加速度與半徑成反比”？向心加速度和半徑、線速度、角速度、周期的關系2．理解向心加速度的大小變化規(guī)律(1)當半徑一定時,向心加速度的大小與角速度的平方成正比,也與線速度的平方成正比,隨周期的減小而增大．(2)當角速度一定時,向心加速度與運動半徑成正比．(3)當線速度一定時,向心加速度與運動半徑成反比．an與r的關系圖像,如圖所示．由an-r圖像可以看出：an與r成正比還是反比,要看ω恒定還是v恒定．精練3如圖所示為一皮帶傳動裝置示意圖,輪A和輪B共軸固定在一起組成一個塔形輪,各輪半徑之比RA∶RB∶RC∶RD＝2∶1∶1∶2.則在傳動過程中,輪C邊緣上一點和輪D邊緣上一點的線速度大小之比為________,角速度之比為________,向心加速度之比為________．【答案】2∶1

4∶1

8∶1【答案】4m/s2

24m/s2分析此類問題的關鍵有三點：一是同一輪上各點的角速度相等；二是皮帶不打滑時,同一皮帶傳動的兩輪邊緣上各點的線速度大小相等；三是靈活選擇向心加速度的表達式．抓住了這三點,結合圓周運動中各物理量之間的關系可以很快得出正確答案．1．勻速圓周運動的特點線速度大小不變、方向時刻改變；角速度、周期、頻率都不變；向心加速度和向心力大小都不變,但方向時刻改變．勻速圓周運動的動力學問題2．解答勻速圓周運動問題的方法3．常見勻速圓周運動中的力與運動分析精練4長為L的細線,拴一質量為m的小球(小球可視為質點),一端固定于O點,讓其在水平面內做勻速圓周運動(這種運動通常稱為圓錐擺運動),如圖所示．當擺線L與豎直方向的夾角是α時,求：(1)線的拉力F.(2)小球運動的線速度的大小．(3)小球運動的角速度及周期．變式4如圖所示,水平光滑桌面上A、B兩球質量分別為m1、m2,用一勁度系數為k的輕彈簧相連,一長為L1的水平細線一端與A相連,另一端拴在豎直軸OO′上．當A與B均以角速度ω繞OO′做勻速圓周運動時,彈簧長度為L2,求：(1)彈簧伸長量．(2)細線上的彈力大?。?3)將細線突然燒斷瞬間,A、B兩球的加速度大?。畬＞毴鐖D所示,水平轉盤的中心有一個光滑的小圓孔．質量為m的物體A放在轉盤上,物體A到圓孔的距離為r,物體A通過輕繩與物體B相連,物體B的質量也為m．若物體A與轉盤間的動摩擦因數為μ,最大靜摩擦力等于滑動摩擦力,求轉盤轉動的角速度ω在什么范圍內,才能使物體A隨轉盤轉動而不滑動？【答案】A【答案】D【解析】物體做變速圓周運動,受到重力與軌道的支持力,因支持力為變力,故二力合力為變力,A、B錯誤；物體做變速圓周運動,合力不指向圓心(最低點除外),合力沿半徑方向的分力提供向心力,C錯誤,D正確．3．(多選)如圖所示,一小球用細繩懸掛于O點,將其拉離豎直位置一個角度后釋放,則小球以O點為圓心做圓周運動,提供運動中小球所需的向心力是 (

)A．繩的拉力B．重力和繩拉力的合力C．重力和繩拉力的合力沿繩方向的分力D．繩子拉力和重力沿繩方向的兩分力的合力【答案】CD【解析】如圖所示,對小球