《2018-2019高中物理 第五章 曲線運動 5.6 向心力課件 新人教版必修2.ppt》由會員分享，可在線閱讀，更多相關《2018-2019高中物理 第五章 曲線運動 5.6 向心力課件 新人教版必修2.ppt（81頁珍藏版）》請在裝配圖網上搜索。

1、6.向心力,一、向心力,1.定義:做勻速圓周運動的物體產生向心加速度的原因是它受到了指向_____的合力,這個力叫作向心力。2.方向:始終沿著_____指向_____。3.表達式:(1)Fn=______。(2)Fn=_____。,圓心,半徑,圓心,mω2r,4.效果力:向心力是根據力的_________來命名的,凡是產生向心加速度的力,不管屬于哪種性質,都是向心力。,作用效果,二、變速圓周運動和一般曲線運動,1.變速圓周運動的合力:變速圓周運動的合力產生兩個方向的效果。,(1)跟圓周相切的分力Ft:產生_____加速度,此加速度描述線速度_____變化的快慢。(2)指向圓心的分力Fn:產生_

2、____加速度,此加速度描述速度_____改變的快慢。,切向,大小,向心,方向,2.一般的曲線運動的處理方法:一般的曲線運動中,可以把曲線分割成許多很短的小段,每一小段可看作一小段_____,研究質點在這一小段的運動時,可以采用圓周運動的處理方法進行處理。,圓弧,【思考辨析】(1)勻速圓周運動的向心力是恒力。()(2)勻速圓周運動的合力就是向心力。()(3)所有圓周運動的合力都等于向心力。(),(4)向心力和重力、彈力一樣,是性質力。()(5)向心力的作用是改變物體的速度,產生向心加速度。()(6)變速圓周運動的合力同樣滿足Fn=。(),提示:(1)。做勻速圓周運動的物體的向心力大小不變,方向

3、不斷變化,是變力。(2)√。勻速圓周運動的速度大小不變,表明合力在速度方向上沒有分量,即合力一定沿半徑方向,合力就是向心力。(3)。對于勻速圓周運動,合力一定等于向心力,但一般的圓周運動的合力不一定等于向心力。,(4)。向心力是根據作用效果命名的力,它可以是一個力,也可能是幾個力的合力,是效果力。(5)√。向心力的作用是改變物體的速度方向,同時產生向心加速度。(6)。變速圓周運動的合力在沿半徑方向的分力Fn,滿足公式Fn=。,一向心力考查角度1向心力的來源【典例1】(2018長春高一檢測)下列關于勻速圓周運動的物體所受的向心力的說法中,正確的是(),A.物體除其他的力外還受到向心力的作用B.物

4、體所受的合力提供向心力C.向心力是一個恒力D.向心力的大小一直在變化,【解析】選B。物體做勻速圓周運動需要一個指向圓心的合外力,并不是還要受到一個向心力作用,故A項錯誤;物體做勻速圓周運動需要向心力,所以物體的合外力正好提供向心力,讓物體做勻速圓周運動,故B項正確;物體做勻速圓周運動需要向心力,它始終指向圓心,,因此方向不斷改變,向心力不是恒力,故C項錯誤;做勻速圓周運動的物體所需的向心力大小恒定,方向始終指向圓心,故D項錯誤。,【核心歸納】1.勻速圓周運動中向心力的方向:方向時刻在變化,始終指向圓心,與線速度的方向垂直。2.向心力的特點:由于向心力的方向與物體運動方向始終垂直,故向心力不改變

5、線速度的大小,只改變線速度的方向。,3.向心力的來源:勻速圓周運動中,向心力等于物體的合外力,常等效為三種情況:合力充當向心力,某一個力充當向心力,某個力的分力充當向心力。,【易錯提醒】(1)向心力是效果力,是某個力或幾個力的等效力,受力分析時不分析向心力。(2)勻速圓周運動中,物體所受的合力就是向心力,所以合力一定指向圓心。,考查角度2向心力的動力學分析【典例2】(2018六安高一檢測)如圖所示,裝置BO′O可繞豎直軸O′O轉動,可視為質點的小球A與兩輕細線連接后分別系于B、C兩點,裝置靜止時細線AB水平,細線AC與豎直方向的夾角θ=37。已知小球的質量m=1kg,細線AC長L=1m,B點距

6、C點的水平和豎直距離,相等。(重力加速度g取10m/s2,sin37=,cos37=),(1)若裝置以一定的角速度勻速轉動時,線AB水平且張力恰為0,求線AC的拉力大小?(2)若裝置勻速轉動的角速度ω1=rad/s,求細線AC與AB的拉力分別多大?(3)若裝置勻速轉動的角速度ω2=rad/s,求細線AC與AB的拉力分別多大?,【解題探究】(1)線AB水平且張力恰為0時,小球受幾個力作用?什么力提供向心力?提示:小球受重力和細線AC的拉力,二者的合力(細線AC的拉力的水平分力)給小球提供向心力。,(2)當裝置勻速轉動的角速度為ω1=rad/s和ω2=rad/s時,如何判斷細線AB和AC中是否有拉

7、力?,提示:細線AC的拉力的豎直分力和重力平衡,故細線AC中肯定有拉力;細線AB中是否有拉力要求出當細線AB水平且恰好沒有拉力時裝置的角速度ω和細線AB恰好豎直時的角速度ω′,比較ω1=rad/s、ω2=rad/s和ω、ω′的大小,若比ω小,則細線AB中有拉力;若比ω大且比ω′小,則細線AB中無拉力;若比ω′大,則細線AB中有拉力。,【正確解答】(1)線AB水平且張力恰為0,對小球受力分析,在豎直方向TAC1==12.5N,(2)當細線AB上的張力為0時,小球的重力和細線AC張力的合力提供小球圓周運動的向心力,有:mgtan37=mω2Lsin37解得:,由于ω1rad/s,當ω2=rad/s

8、時,細線AB在豎直方向繃直,拉力為TAB2,仍然由細線AC上張力TAC3的水平分量提供小球做圓周運動需要的向心力。,TAC3sin53=mLsin53TAC3cos53-mg-TAB2=0解得:TAC3=20N,TAB2=2N答案:(1)12.5N(2)12.5N1.5N(3)20N2N,【核心歸納】解決圓周運動問題的一般步驟(1)明確研究對象:如果涉及兩個或兩個以上的物體時,首先得明確研究對象,這是研究問題的關鍵。(2)運動情況分析:確定圓周運動的軌道平面和圓心位置,分析物體做圓周運動的半徑r和涉及的物理量v、ω或T。,(3)受力分析:對物體進行受力分析,找出沿著軌道半徑方向的力(包括某些力

9、在該方向上的分力),它或它們的合力充當向心力。(4)列方程求解:根據牛頓第二定律,即Fn=man==mrω2=mωv=mr,列方程并求解。,【易錯提醒】分析勻速圓周運動中向心力的三點注意(1)確定物體在哪個平面內做圓周運動,確定運動軌跡的圓心,以便確定向心力的方向。(2)對物體進行受力分析,注意只分析性質力不分析效果力。,(3)確定物體的合力,勻速圓周運動中合力就是向心力?；蛘叽_定物體的合力等效于哪一力或哪一力的分力,該力或該分力就是向心力。,【過關訓練】1.如圖所示,A、B兩物塊置于繞豎直軸勻速轉動的水平圓盤上,兩物塊始終相對圓盤靜止,已知兩物塊的質量mArB,則下列關系一定正確的是(),A

10、.角速度ωAaBD.向心力FA>FB,【解析】選C。兩物塊相對于圓盤靜止,它們做圓周運動的角速度ω相等,則ωA=ωB,故A項錯誤;物塊的線速度v=ωr,由于ω相等,rA>rB,則vA>vB,故B項錯誤;向心加速度a=ω2r,ω相同,rA>rB,則aA>aB,故C項正確;向心力F=mω2r,ω相等,rA>rB,mAGB.NG,故A項正確,B、C、D項錯誤。,【核心歸納】用圓周運動規(guī)律處理一般曲線運動的思路(1)化整為零:根據微分思想,將曲線運動劃分為很多很短的小段。(2)建理想模型:將曲線運動的某小段視為圓周運動,圓半徑等于該小段曲線的曲率半徑。(3)問題求解:應用圓周運動規(guī)律求解一般曲線運動所

11、給問題,此時向心力公式Fn=m=mω2r仍然適用。,【過關訓練】1.如圖所示,物塊P置于水平轉盤上隨轉盤一起運動,且與轉盤相對靜止,圖中c沿半徑指向圓心,a與c垂直,下列說法正確的是(),A.當轉盤勻速轉動時,P受摩擦力方向為b方向B.當轉盤加速轉動時,P受摩擦力方向可能為c方向C.當轉盤加速轉動時,P受摩擦力方向可能為a方向D.當轉盤減速轉動時,P受摩擦力方向可能為d方向,【解析】選D。物塊受重力、彈力、摩擦力三個力的作用,合力等于摩擦力。當轉盤勻速轉動時,摩擦力沿c方向充當向心力,A錯誤;當轉盤加速轉動時,摩擦力沿b方向,一個分力為向心力,另一個分力為切向力使物體速率增大,B、C錯誤;當轉

12、盤減速轉動時,摩擦力沿d方向,一個分力為向心力,另一個分力為切向力,使物體速率減小,D正確。,2.(多選)(2018開封高一檢測)如圖所示,質量為m的小球,從位于豎直平面內的圓弧形曲面上下滑,由于摩擦力的作用,小球從a到b運動速率增大,b到c速率恰好保持不變,c到d速率減小,則(),A.小球ab段和cd段加速度不為零,但bc段加速度為零B.小球在abcd段過程中加速度全部不為零C.小球在整個運動過程中所受合外力大小一定,方向始終指向圓心D.小球只在bc段所受合外力大小不變,方向指向圓弧圓心,【解析】選B、D。小球ab段和cd段速度大小在變化,故存在加速度;而bc段雖然速度大小不變,但方向時刻在

13、變化,因此也存在加速度,由于做曲線運動,因此加速度一定不為零,故A項錯誤,B項正確;只有做勻速圓周運動時,所受合外力大小一定,方向始終指向圓心,而小球ab段和cd段速度大小在變化,故C項錯誤,D項正確。,【補償訓練】1.如圖所示是磁帶錄音機的磁帶盒的示意圖,A、B為纏繞磁帶的兩個輪子,其半徑均為r。在放音結束時,磁帶全部繞到了B輪上,磁帶的外緣半徑為R,且R=3r?，F在進行倒帶,使磁帶繞到A輪上。倒帶時A輪是主動輪,其角速度是恒定的,B輪是從動輪。經測定磁帶全部繞到A輪上需要的時間為t。則從開始倒帶到A、B兩輪的角速度相等所需要的時間(),【解析】選B。在A輪轉動的過程中,半徑均勻增大,角速度

14、恒定,根據v=rω,知線速度均勻增大,設從開始倒帶到A、B兩輪的角速度相等所需要的時間為t′,此時磁帶邊緣上各點的速度大小為v。將磁帶邊緣上各點的運動等效看成一種勻加速直線運動,加速度為a,磁帶,總長為L,則有:v2-(rω)2=(3rω)2-v2=2a,得v=rω,結合加速度的定義得:代入得解得t′=t。故B項正確,A、C、D項錯誤。,2.一般的曲線運動可以分成很多小段,每小段都可以看成圓周運動的一部分,即把整條曲線用一系列不同半徑的小圓弧來代替。如圖甲所示,曲線上A點的曲率圓定義為:通過A點和曲線上緊鄰A點兩側的兩點作一圓,在極限情況下,這個圓就叫作A點的曲率圓,其半徑ρ叫作A點的曲率半徑

15、?，F將一物體沿與水平面成α角的方向以速度v0拋出,如圖乙所示。則在其軌跡最高點P處的曲率半徑是(),【解析】選C。物體做斜上拋運動,最高點速度即為斜上拋的水平速度vP=v0cosα,最高點重力提供向心力mg=m,由兩式得ρ=,【拓展例題】考查內容:體育競技中的圓周運動【典例】(2018武威高一檢測)如圖所示,在雙人花樣滑冰運動中,有時會看到被男運動員拉著的女運動員離開地面在空中做圓錐擺運動的精彩場面,目測體重為G的女運動員做圓錐擺運動時和水平冰面的夾角約為30,重力加速度為g,估算該女運動員(),A.受到的拉力為2GB.受到的拉力為GC.向心加速度為gD.向心加速度為2g,【正確解答】選A。女運動員做圓錐擺運動,由對女運動員受力分析可知,受到重力、男運動員對女運動員的拉力,豎直方向合力為零,由Fsin30=G,解得:F=2G,F合=Fcos30=G,故A項正確,B項錯誤;水平方向的合力提供勻速圓周運動的向心力,有Fcos30=ma向,即2mgcos30=ma向,所以a向=g,故C、D項錯誤。,