《2018-2019學年高考物理 主題一 曲線運動與萬有引力定律 1.2 圓周運動 1.2.2 向心力課件 粵教版.ppt》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《2018-2019學年高考物理 主題一 曲線運動與萬有引力定律 1.2 圓周運動 1.2.2 向心力課件 粵教版.ppt（51頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、1.2.2向心力,一、向心力[觀圖助學],(1)花樣滑冰運動員轉(zhuǎn)彎時受到幾個力作用？方向怎樣？,,(2)汽車在彎曲的公路上行駛時受到力的方向怎樣？,,1.定義：做勻速圓周運動的物體受到的方向沿半徑指向________的力。2.作用效果：不改變質(zhì)點速度的________，只改變速度的________。3.方向：沿半徑指向________，和質(zhì)點運動的方向_______，其方向時刻在改變。,圓心,大小,方向,圓心,mω2r,垂直,[理解概念],判斷下列說法是否正確。(1)勻速圓周運動的向心力是恒力。()(2)勻速圓周運動的速度大小保持不變，所以做勻速圓周運動的物體所受合力為零。()(3)勻速圓周運

2、動的合力就是向心力。(),,,√,二、向心加速度[觀圖助學],,圓心,一致,圓心,[理解概念],判斷下列說法是否正確。(1)勻速圓周運動的加速度的方向始終不變。()(2)勻速圓周運動是勻變速運動。()(3)根據(jù)a＝ω2r知加速度a與半徑r成正比。(),,,,三、生活中的向心力[觀圖助學],如圖是雜技摩托飛車的照片，摩托車在鐵籠側(cè)壁做圓周運動而不掉下，請思考：摩托車受哪些力作用？什么力提供向心力？,,1.汽車轉(zhuǎn)彎,N－mg,mg－N,N＋mg,[理解概念],判斷下列說法是否正確。(1)汽車在水平路面上轉(zhuǎn)彎靜摩擦力提供向心力。()(2)汽車行駛至拱橋頂部時對橋面的壓力大于重力。()(3)蕩秋千通過

3、最低點時人處于超重狀態(tài)。(),√,,√,實驗：探究向心力大小與半徑、角速度、質(zhì)量的關(guān)系,[探究歸納]1.實驗裝置：向心力演示儀(介紹向心力演示儀的構(gòu)造和使用方法),,2.實驗方法：控制變量法3.實驗過程(1)保持兩個小球質(zhì)量m和角速度ω相同，使兩球運動半徑r不同進行實驗，比較向心力F與運動半徑r之間的關(guān)系。(2)保持兩個小球質(zhì)量m和運動半徑r相同，使兩球的角速度ω不同進行實驗，比較向心力F與角速度ω之間的關(guān)系。(3)保持運動半徑r和角速度ω相同，用質(zhì)量m不同的鋼球和鋁球進行實驗，比較向心力的大小與質(zhì)量m的關(guān)系。,4.實驗結(jié)論,[試題案例][例1]用如圖1所示的裝置可以探究做勻速圓周運動的物體需

4、要的向心力的大小與哪些因素有關(guān)。,圖1(1)本實驗采用的科學方法是__________。A.控制變量法B.累積法C.微元法D.放大法,(2)圖示情景正在探究的是__________。A.向心力的大小與半徑的關(guān)系B.向心力的大小與線速度大小的關(guān)系C.向心力的大小與角速度大小的關(guān)系D.向心力的大小與物體質(zhì)量的關(guān)系(3)通過本實驗可以得到的結(jié)果是__________。A.在質(zhì)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(zhì)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(zhì)量成正比D.在質(zhì)量和角速度一定的情況下，向心力的大小與半徑成正反比,解

5、析(1)這個裝置中，控制半徑、角速度不變，只改變質(zhì)量，來研究向心力與質(zhì)量之間的關(guān)系，故采用控制變量法，A正確。(2)控制半徑、角速度不變，只改變質(zhì)量，來研究向心力與質(zhì)量之間的關(guān)系，所以選項D正確。(3)通過控制變量法，得到的結(jié)果為在半徑和角速度一定的情況下，向心力的大小與質(zhì)量成正比，所以選項C正確。答案(1)A(2)D(3)C,[針對訓練1]某興趣小組用如圖2甲所示的裝置與傳感器結(jié)合，探究向心力大小的影響因素。實驗時用手撥動旋臂產(chǎn)生圓周運動，力傳感器和光電門固定在實驗器上，測量角速度和向心力。(1)電腦通過光電門測量擋光桿通過光電門的時間，并由擋光桿的寬度d、擋光桿通過光電門的時間Δt、擋光桿

6、做圓周運動的半徑r，自動計算出砝碼做圓周運動的角速度，則其計算角速度的表達式為__________。(2)圖乙中?、佗趦蓷l曲線為相同半徑、不同質(zhì)量下向心力與角速度的關(guān)系圖線，由圖可知。曲線①對應(yīng)的砝碼質(zhì)量__________(選填“大于”或“小于”)曲線②對應(yīng)的砝碼質(zhì)量。,圖2,(2)圖中拋物線說明：向心力F和ω2成正比；若保持角速度和半徑都不變，則質(zhì)點做圓周運動的向心加速度不變，由牛頓第二定律F＝ma可以知道，質(zhì)量大的物體需要的向心力大，所以曲線①對應(yīng)的砝碼質(zhì)量小于曲線②對應(yīng)的砝碼質(zhì)量。然后再結(jié)合圖象中的數(shù)據(jù)判斷是否滿足：在半徑相同的情況下，F(xiàn)∝mω2。,對向心力的理解,[觀察探究],(1)

7、如圖3所示，用細繩拉著小球在光滑水平面內(nèi)做勻速圓周運動，若小球的線速度為v，運動半徑為r，是什么力產(chǎn)生的向心加速度？該力的大小、方向如何？小球運動的速度v增大，繩的拉力大小如何變化？,圖3,(2)若月球繞地球做勻速圓周運動的角速度為ω，月地距離為r，是什么力產(chǎn)生的加速度？該力的大小、方向如何？,[探究歸納]對向心力的理解1.向心力：使物體做圓周運動的指向圓心的合力。,3.向心力的方向無論是否為勻速圓周運動，其向心力總是沿著半徑指向圓心，方向時刻改變，故向心力是變力。4.向心力的作用效果——改變線速度的方向。由于向心力始終指向圓心，其方向與物體運動方向始終垂直，故向心力不改變線速度的大小。,[試

8、題案例][例2]如圖4所示，一圓盤可繞過圓盤的中心O且垂直于盤面的豎直軸轉(zhuǎn)動，在圓盤上放一小木塊A，它隨圓盤一起做勻速圓周運動，則關(guān)于木塊A的受力，下列說法中正確的是(),A.木塊A受重力、支持力和向心力B.木塊A受重力、支持力和靜摩擦力，摩擦力的方向與木塊運動方向相反C.木塊A受重力、支持力和靜摩擦力，摩擦力的方向指向圓心D.木塊A受重力、支持力和靜摩擦力，摩擦力的方向與木塊運動方向相同,圖4,解析由于圓盤上的木塊A在豎直方向上沒有加速度，所以，它在豎直方向上受重力和支持力的作用而平衡。而木塊在水平面內(nèi)做勻速圓周運動，其所需向心力由靜摩擦力提供，且靜摩擦力的方向指向圓心O。答案C,,(1)向

9、心力是效果力，受力分析時不考慮向心力，向心力可以是某一種性質(zhì)力，也可以是幾個性質(zhì)力的合力或某一性質(zhì)力的分力。(2)向心力的方向始終指向圓心。,[針對訓練2]一只小狗拉著雪橇在水平冰面上沿著圓弧形的道路勻速行駛，如圖所示為雪橇所受的牽引力F及摩擦力f的示意圖，其中正確的是(),解析雪橇運動時所受摩擦力為滑動摩擦力，方向與運動方向相反，與圓弧相切。又因為雪橇做勻速圓周運動時合力充當向心力，合力方向必然指向圓心。綜上可知，C項正確。答案C,對向心加速度的理解,[觀察探究],(1)請根據(jù)牛頓第二定律以及向心力的表達式推導向心加速度的表達式。(2)如圖5甲所示，表示地球繞太陽做勻速圓周運動(近似的)；如

10、圖乙所示，表示光滑桌面上一個小球由于細線的牽引，繞桌面上的圖釘做勻速圓周運動。,根據(jù)牛頓第二定律，地球和小球的加速度方向變化嗎？勻速圓周運動是一種什么性質(zhì)的運動呢？,圖5,(2)物體的加速度方向跟它所受合力方向一致，所以地球和小球的加速度方向都是時刻沿半徑指向圓心，加速度的方向不斷變化，即加速度是變化的。勻速圓周運動是一種變加速曲線運動。,[探究歸納]1.物理意義：描述線速度改變的快慢，只表示速度方向變化的快慢，不表示速度大小變化的快慢。2.方向：不論向心加速度a的大小是否變化，a的方向始終指向圓心，是時刻改變的，所以圓周運動的向心加速度時刻發(fā)生改變。,(1)當勻速圓周運動的半徑一定時，向心加

11、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，隨頻率的增加或周期的減小而增大。(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。,[試題案例],圖6,答案4m/s224m/s2,,[針對訓練3]如圖7所示為質(zhì)點P、Q做勻速圓周運動時向心加速度隨半徑變化的圖線，質(zhì)點P的圖線是雙曲線，質(zhì)點Q的圖線是過原點的一條直線。由圖線可知(),圖7A.質(zhì)點P的線速度不變B.質(zhì)點P的角速度不變C.質(zhì)點Q的角速度不變D.質(zhì)點Q的線速度不變,答案C,生活中的向心力,[觀察探究],如圖8是汽車在高速公路上轉(zhuǎn)彎時的情景，請思考,(1)汽車在水平路面上轉(zhuǎn)彎時，為

12、什么要降低速度？(2)公路轉(zhuǎn)彎處的路面都設(shè)計成內(nèi)低、外高的傾斜路面。已知公路轉(zhuǎn)彎處路面的傾斜角度為θ，轉(zhuǎn)彎半徑為R，重力加速度為g，若汽車在路面上轉(zhuǎn)彎時沒有受到靜摩擦力作用，則轉(zhuǎn)彎的速度是多少？,圖8,答案(1)汽車在水平路面上轉(zhuǎn)彎時，靠地面對車輪的靜摩擦力提供向心力，若轉(zhuǎn)彎時汽車速度過快，則這個靜摩擦力不足以提供汽車所需的向心力，汽車就容易滑出路面。,,[探究歸納]1.向心力的來源：向心力可以是重力、彈力、摩擦力中的某個力，也可以是這些力中某幾個力的合力或者是某一個力的分力。向心力不是物體受到的另外一種力，只是根據(jù)效果命名的力。在分析物體受力情況時，要分清誰對物體施加力，切不可在重力、彈力、

13、摩擦力等性質(zhì)力之外再添加一個向心力。2.物體做勻速圓周運動的條件：合外力大小不變，方向始終與線速度方向垂直且指向圓心。,[試題案例][例4](2018增城高一檢測)為獲得汽車行駛各項參數(shù)，汽車測試場內(nèi)有各種不同形式的軌道。如圖9所示，在某外高內(nèi)低的彎道測試路段汽車向左拐彎，汽車的運動可看做是做半徑為R的圓周運動。設(shè)內(nèi)外路面高度差為h，路基的水平寬度為d，路面的寬度為L。已知重力加速度為g，要使車輪與路面之間垂直前進方向的摩擦力等于零，則汽車轉(zhuǎn)彎時的車速應(yīng)等于(),,圖9,答案B,,[針對訓練4]有一種叫“飛椅”的游樂項目，示意圖如圖10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

14、轉(zhuǎn)盤邊緣。轉(zhuǎn)盤可繞穿過其中心的豎直軸轉(zhuǎn)動。當轉(zhuǎn)盤以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動時，鋼繩與轉(zhuǎn)動軸在同一豎直平面內(nèi)，與豎直方向的夾角為θ。不計鋼繩的重力，求：,圖10,,(1)轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動的角速度ω與夾角θ的關(guān)系；(2)此時鋼繩的拉力多大？,,繩、桿、橋類模型的臨界問題,1.類繩模型(1)此類模型的施力特點：只能提供指向圓心的力。(2)常見的裝置：①用繩系物體(如圖11甲所示)；②物體沿軌道內(nèi)側(cè)做圓周運動(如圖乙所示)。,圖11,,2.類桿模型(1)此類模型的施力特點：對物體既能提供指向圓心的力，又能提供背離圓心的力。(2)常見的裝置：①用桿固定的物體(如圖12甲所示)；②小球在光滑圓管中(如圖乙所示)；③小球穿在光滑圓環(huán)上(如圖丙所示)。,圖12,(3)臨界特點：此種情況下，由于物體所受的重力可以由桿、管或環(huán)對它的向上的支持力來平衡，所以在最高點時的速度可以為零。當物體在最高點的速度v≥0時，物體就可以完成一個完整的圓周運動。,3.拱橋模型(1)此類模型的施力特點：對物體只提供背離圓心的力。(2)常見裝置：①拱形橋(如圖13甲所示)；②凹凸不平的路面的凸處(如圖乙所示)。,圖13,【針對練習1】(多選)用細繩拴著質(zhì)量為m的小球，在豎直平面內(nèi)做半徑為R的圓周運動，如圖14所示。則下列說法正確的是(),圖14,答案AC,圖15,答案C,