物理（人教版必修2）課件第5章第6節(jié)向心力

第五章曲線運(yùn)動(dòng)第6節(jié)向心力學(xué)習(xí)目標(biāo)重點(diǎn)難點(diǎn)1.理解向心力概念，掌握向心力的表達(dá)式．2．知道向心力大小與哪些因素有關(guān)，并會(huì)計(jì)算簡(jiǎn)單情景中的向心力．3．知道向心力是根據(jù)力的效果命名的，會(huì)分析向心力的來源.1.向心力表達(dá)式的理解和應(yīng)用是本節(jié)重點(diǎn)．2．向心力來源的分析是本節(jié)難點(diǎn).一、向心力1．向心力(1)定義：做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體受到__________的合力．(2)方向：始終指向________．(3)表達(dá)式：Fn＝__________或Fn＝__________．指向圓心

圓心

mω2r

(4)向心力的來源①向心力是根據(jù)力的作用效果命名的，使物體受到__________的合力稱作向心力．②勻速圓周運(yùn)動(dòng)中向心力可能是物體所受力的_______，也可能是某個(gè)力的分力．指向圓心

合力

2．實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證向心力的表達(dá)式如圖為“用圓錐擺粗略驗(yàn)證向心力的表達(dá)式”的實(shí)驗(yàn)裝置圖，細(xì)線下面懸掛一個(gè)小鋼球，用手帶動(dòng)小鋼球使它在某個(gè)水平面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，形成一個(gè)圓錐擺，用此圓錐擺驗(yàn)證向心力的表達(dá)式．試根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)討論以下問題：(1)本實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)原理是什么？為了驗(yàn)證向心力的表達(dá)式，實(shí)驗(yàn)中要測(cè)量、記錄哪些物理量？(2)試根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理從兩個(gè)角度推導(dǎo)實(shí)驗(yàn)中所驗(yàn)證的兩個(gè)向心力的關(guān)系式．通過驗(yàn)證得出什么結(jié)論？(3)向心力的作用效果是什么？提示：向心力是效果力，向心力的作用效果是只改變速度方向，不改變速度大?。?．思考：如圖甲所示，小球在繩子的拉力作用下在光滑水平面上做勻速圓周運(yùn)動(dòng)．如圖乙所示，在圓盤上放一個(gè)小物塊，使小物塊隨圓盤一起做勻速圓周運(yùn)動(dòng)．如圖丙所示，物體在圓筒壁上隨筒壁一起繞豎直轉(zhuǎn)軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)．試結(jié)合上述三種情景，討論下列問題：(1)圖甲中，小球受幾個(gè)力？向心力由誰(shuí)提供？提示：小球受三個(gè)力：重力、支持力和繩子的拉力．繩子的拉力提供向心力．(2)圖乙中，物塊所受的靜摩擦力方向如何判定？提示：物塊受三個(gè)力：重力、支持力和摩擦力．其中重力和支持力是一對(duì)平衡的，故摩擦力充當(dāng)向心力，其方向沿半徑指向圓心．(3)圖丙中，物體受幾個(gè)力作用？向心力由什么力提供？提示：物體受三個(gè)力，分別為重力、彈力和摩擦力．物體做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，向心力等于以上三個(gè)力的合力，由于重力與摩擦力抵消，實(shí)際上向心力僅由彈力提供．二、變速圓周運(yùn)動(dòng)和一般的曲線運(yùn)動(dòng)閱讀教材“變速圓周運(yùn)動(dòng)和一般的曲線運(yùn)動(dòng)”部分，回答下列問題．1．如圖是過山車運(yùn)動(dòng)示意圖．(1)當(dāng)過山車向下運(yùn)動(dòng)到如圖位置時(shí)，過山車所受合外力的方向還指向圓心嗎？你能否總結(jié)物體的速率變化情況與所受合外力跟速度方向的夾角關(guān)系？提示：①過山車在題圖位置受重力和軌道的支持力，其合外力方向并不指向圓心．②當(dāng)速率增大時(shí)，物體受到的合外力與瞬時(shí)速度之間的夾角是銳角；當(dāng)速率減小時(shí)，物體受到的合外力與瞬時(shí)速度之間的夾角是鈍角．2．歸納：變速圓周運(yùn)動(dòng)和一般的曲線運(yùn)動(dòng)(1)變速圓周運(yùn)動(dòng)變速圓周運(yùn)動(dòng)所受合外力__________向心力，合外力產(chǎn)生兩個(gè)方向的效果．①合外力F跟圓周相切的分力Fτ，此力產(chǎn)生__________，描述速度__________的快慢．②合外力F跟圓周切線垂直而指向圓心的分力Fn，此分力產(chǎn)生____________，其表現(xiàn)就是速度__________．不等于

切向加速度

大小變化

向心加速度

方向變化

圓弧

3．思考：試分析做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體受力特點(diǎn)．提示：做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體所受到的合力一定指向圓心，即合力充當(dāng)向心力．探究一向心力的特點(diǎn)及來源1．什么是向心力？向心力的方向如何描述？提示：沿半徑指向圓心的力叫向心力．其方向沿半徑指向圓心．2．根據(jù)牛頓第二定律，如何來描述向心力的表達(dá)式？

下列關(guān)于向心力的說法正確的是(

)A．物體由于做圓周運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生向心力B．向心力不改變做圓周運(yùn)動(dòng)物體的速度大小C．做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體其向心力是不變的D．做圓周運(yùn)動(dòng)的物體所受各力的合力一定是向心力解析：力是改變物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的原因，因?yàn)橛邢蛐牧ξ矬w才做圓周運(yùn)動(dòng)，故選項(xiàng)A錯(cuò)誤．向心力只改變物體運(yùn)動(dòng)的方向，不改變物體速度的大小，故選項(xiàng)B正確．物體做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的向心力方向永遠(yuǎn)指向圓心，其大小不變，方向時(shí)刻改變，故選項(xiàng)C錯(cuò)誤．只有在勻速圓周運(yùn)動(dòng)中，合力提供向心力，而在非勻速圓周運(yùn)動(dòng)中向心力并非物體所受的合力，而是合力指向圓心的分力提供向心力，故選項(xiàng)D錯(cuò)誤．答案：B【題后總結(jié)】向心力與合外力判斷方法(1)向心力是按力的作用效果來命名的，它不是某種確定性質(zhì)的力，可以由某個(gè)力來提供，也可以由某個(gè)力的分力或幾個(gè)力的合力來提供．(2)對(duì)于勻速圓周運(yùn)動(dòng)，合外力提供物體做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力；對(duì)于非勻速圓周運(yùn)動(dòng)，其合外力不指向圓心，它既要改變線速度大小，又要改變線速度方向，向心力是合外力的一個(gè)分力．(3)無(wú)論是勻速圓周運(yùn)動(dòng)還是非勻速圓周運(yùn)動(dòng)，物體所受各力沿半徑方向分量的矢量和為向心力．1．如圖所示，有一個(gè)以角速度ω旋轉(zhuǎn)的圓錐擺，則(1)小球受到的力是(

)A．重力B．向心力C．重力和彈力D．重力、彈力和向心力(2)小球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的向心力是(

)A．重力 B．彈力C．重力和彈力的合力 D．平衡力(3)小球所受向心力等于(

)A．mg＋F B．mgcosθC．Mgsinθ D．mgtanθ答案：(1)C

(2)C

(3)D

用細(xì)繩拉著兩個(gè)質(zhì)量相同的小球，在同一水平面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，懸點(diǎn)相同，如圖所示，A運(yùn)動(dòng)的半徑比B的大，則(

)A．A受到的向心力比B的大B．B受到的向心力比A的大C．A的角速度比B的大D．B的角速度比A的大答案：A【題后總結(jié)】物體做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，計(jì)算向心力大小的公式有很多，具體用哪一個(gè)，可根據(jù)題目所涉及的物理量進(jìn)行確定．做題時(shí)要根據(jù)已知條件，靈活地選擇適當(dāng)?shù)墓竭M(jìn)行求解．2．(多選)如圖所示，兩質(zhì)量相同的小球用長(zhǎng)度不同的細(xì)繩牽引著，另一端固定在同一點(diǎn)，兩個(gè)小球在各自的水平面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，其細(xì)線與豎直方向的夾角相同，下列說法正確的是(

)答案：AB探究二勻速圓周運(yùn)動(dòng)的問題分析 如圖所示，一個(gè)豎直放置的圓錐筒可繞其中心OO′轉(zhuǎn)動(dòng)，筒內(nèi)壁粗糙，筒壁與中心軸OO′的夾角θ＝60°，筒內(nèi)壁上的A點(diǎn)有一質(zhì)量為m的小物塊，A離中心軸OO′的距離為R．求：(1)當(dāng)筒不轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，物塊靜止在筒壁A點(diǎn)受到的摩擦力和支持力的大??；(2)當(dāng)物塊在A點(diǎn)隨筒做勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，且其受到的摩擦力為零時(shí)，筒轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度．【題后總結(jié)】分析勻速圓周運(yùn)動(dòng)的思路和方法(1)指導(dǎo)思路：凡是做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體一定需要向心力，而物體所受外力的合力充當(dāng)向心力，這是處理該類問題的理論基礎(chǔ)．其解決方法就是解決動(dòng)力學(xué)問題的一般方法．(2)一般步驟：①明確研究對(duì)象并對(duì)其進(jìn)行受力分析．②明確圓周運(yùn)動(dòng)的軌跡、半徑及圓心位置，進(jìn)一步求出物體所受的合力或向心力．③由牛頓第二定律和圓周運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)公式列方程．④求解或分析討論．(1)若小物塊受到的摩擦力恰好為零，求此時(shí)的角速度ω0