2019物理同步大讲堂人教必修二课件:5.6 向心力2 .ppt
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1、6.向 心 力,一、向心力 1.定义:做匀速圆周运动的物体产生向心加速度的原因 是它受到了指向_的合力,这个力叫作向心力。 2.方向:始终沿着_指向_。,圆心,半径,圆心,3.表达式: (1)Fn=_。 (2)Fn=_。 4.效果力:向心力是根据力的_来命名的,凡是 产生向心加速度的力,不管属于哪种性质,都是向心 力。,m2r,作用效果,二、变速圆周运动和一般的曲线运动 1.变速圆周运动的合力:变速圆周运动的合力产生两个方向的效果。,(1)跟圆周相切的分力Ft:产生_加速度,此加速度 描述线速度_变化的快慢。 (2)指向圆心的分力Fn:产生_加速度,此加速度描 述速度_改变的快慢。,切向,大小
2、,向心,方向,2.一般的曲线运动的处理方法: 一般的曲线运动中,可以把曲线分割成许多很短的小段, 每一小段可看作一小段_,研究质点在这一小段的 运动时,可以采用圆周运动的处理方法进行处理。,圆弧,【思考辨析】 (1)匀速圆周运动的向心力是恒力。 ( ) (2)匀速圆周运动的合力就是向心力。 ( ) (3)所有圆周运动的合力都等于向心力。 ( ) (4)向心力和重力、弹力一样,是性质力。 ( ),(5)向心力的作用是改变物体的速度,产生向心加速 度。 ( ) (6)变速圆周运动的合力同样满足Fn= 。 ( ),提示:(1)。做匀速圆周运动的物体的向心力大小不变,方向不断变化,是变力。 (2)。匀
3、速圆周运动的速度大小不变,表明合力在速度方向上没有分量,即合力一定沿半径方向,合力就是向心力。 (3)。对于匀速圆周运动,合力一定等于向心力,但一般的圆周运动的合力不一定等于向心力。,(4)。向心力是根据作用效果命名的力,它可以是一 个力,也可能是几个力的合力,是效果力。 (5)。向心力的作用是改变物体的速度方向,同时产 生向心加速度。 (6)。变速圆周运动的合力在沿半径方向的分力Fn,满 足公式Fn= 。,【生活链接】 1.如图所示,滑冰运动员转弯时什么力充当向心力? 提示:地面对运动员的摩擦力充当向心力。,2.如图所示,小球绕O在水平面内做匀速圆周运动,可以说小球受重力、绳的拉力和指向O的
4、向心力吗?,提示:不能,向心力是按效果命名的力,物体实际受到的沿半径方向的合力即为向心力,不是另外受到的某一个力。,知识点一 对匀速圆周运动向心力的理解 探究导入: 如图,汽车正在匀速率转弯。,(1)汽车的向心力是由什么力提供的? (2)物体做圆周运动时,它所受的向心力的大小、方向有什么特点?,提示:(1)汽车匀速率转弯,摩擦力提供向心力。 (2)向心力的特点。 方向:方向时刻在变化,始终指向圆心,与线速度的方向垂直。 大小:在匀速圆周运动中,向心力大小不变;在非匀速圆周运动中,其大小随速率v的变化而变化。,【归纳总结】 1.匀速圆周运动中向心力的特点: (1)方向:方向时刻在变化,始终指向圆
5、心,与线速度的 方向垂直。 (2)大小:Fn= =m2r=m r=mv,在匀速圆周运 动中,向心力大小不变。,2.向心力的作用效果:由于向心力的方向与物体运动方向始终垂直,故向心力不改变线速度的大小,只改变线速度的方向。 3.向心力的来源:匀速圆周运动中,向心力等于物体的合外力,常等效为三种情况:合力充当向心力,某一个力充当向心力,某个力的分力充当向心力。,4.解决圆周运动的一般步骤: (1)明确研究对象:如果涉及两个或两个以上的物体时,首先得明确研究对象,这是研究问题的关键。 (2)运动情况分析:确定圆周运动的轨道平面和圆心位置,分析物体做圆周运动的半径r和涉及的物理量v、或T。,(3)受力
6、分析:对物体进行受力分析,找出沿着轨道半径 方向的力(包括某些力在该方向上的分力),它或它们的 合力充当向心力。 (4)列方程求解:根据牛顿第二定律,即Fn=man= =mr2=mv=m r列方程并求解。,【特别提醒】 (1)向心力是效果力,是某个力或几个力的等效力,受力分析时不分析向心力。 (2)匀速圆周运动中,物体所受的合力就是向心力,所以合力一定指向圆心。,【典题通关】 考查角度1 向心力的理解 【典例1】(2017德州高一检测)关于向心力的说法中正确的是 世纪金榜导学号35684024( ) A.物体由于做圆周运动还受到一个向心力 B.向心力可以是任何性质的力,C.做匀速圆周运动的物体
7、其向心力是恒力 D.做圆周运动的物体所受各力的合力一定提供向心力,【解题探究】 (1)向心力是效果力还是性质力?做匀速圆周运动的物体,合力与向心力是什么样的关系? 提示:向心力是效果力,做匀速圆周运动的物体,合力提供向心力。,(2)匀速圆周运动的物体其向心力是恒力还是变力? 提示:匀速圆周运动的物体,其向心力的方向不断变化,所以向心力是变力。,【正确解答】选B。力是改变物体运动状态的原因,因 为有向心力物体才做圆周运动,而不是因为做圆周运动 才产生向心力,也不能说物体还受一个向心力,故A错; 向心力是效果力,可以是任何一种性质的力,故B对;物 体做匀速圆周运动的向心力方向永远指向圆心,其大小
8、不变,方向时刻改变,故C错;只有匀速圆周运动中,合外 力提供向心力,而非匀速圆周运动中向心力并非物体所,受的合外力,而是合外力指向圆心的分力提供向心力,故D错。,考查角度2 向心力公式的应用 【典例2】如图所示,水平转盘上放有一质量为m的物体(可视为质点),连接物体和转轴的绳子长为r,物体与转盘间的最大静摩擦力是其压力的倍,转盘的角速度由零逐渐增大,求: 世纪金榜导学号35684025,(1)绳子对物体的拉力为零时的最大角速度。 (2)当角速度为 时,绳子对物体拉力的大小。,【解题探究】 (1)圆盘转速较小时,绳子不提供拉力,此时物体受几个力的作用?什么力充当向心力? 提示:物体受重力、支持力
9、和摩擦力三个力的作用,摩擦力充当向心力。,(2)圆盘转速较大时,绳子提供拉力,此时物体受几个力的作用?什么力充当向心力? 提示:物体受重力、支持力、摩擦力和绳子拉力四个力的作用,摩擦力与拉力的合力充当向心力。,【规范解答】,(1)当恰由_提供向心力时,绳子拉力为零时转速达到最大,设此时转盘转动的角速度为0, 则_=m r,得0= 。,最大静摩擦力,mg,(2)当= 时,0,所以_和 _共同提供向心力,此时,_+_=m2r 代入的值得F= mg。 答案:(1) (2) mg,绳子的拉力F,最大静摩擦力,F,mg,【规范警示】(1)说明绳的拉力为零时,最大角速度对应的向心力由最大静摩擦力提供。 (
10、2)当角速度足够大时,向心力由最大静摩擦力与绳的拉力的合力提供。,【规律方法】匀速圆周运动中向心力的分析思路 (1)确定物体在哪个平面内做圆周运动,确定运动轨迹的圆心,以便确定向心力的方向。 (2)对物体进行受力分析,注意只分析性质力不分析效果力。,(3)确定物体的合力,匀速圆周运动中合力就是向心力。或者确定物体的合力等效于哪一力或哪一力的分力,该力或该分力就是向心力。,【过关训练】 1.(拓展延伸)【典例2】中,若撤掉绳子,当圆盘的角速 度多大时,物体相对圆盘发生滑动?当角速度为 时, 物体所受摩擦力大小是多少?,【解析】圆盘的角速度最大时,最大摩擦力充当向心力, 若此时的角速度为,则 mg
11、=m2r 可得:=,当圆盘角速度为 时,由于此时角速度小于= , 此时物体所受的摩擦力充当向心力,Ff=m2r 可得:Ff= 答案:,2.如图所示,有一质量为m1的小球A与质量为m2的物块B通过轻绳相连,轻绳穿过光滑水平板中央的小孔O。当小球A在水平板上绕O点做半径为r的圆周运动时,物块B刚好保持静止。求: (1)轻绳的拉力。 (2)小球A运动的线速度大小。,【解析】(1)物块B受力平衡,故轻绳拉力T=m2g (2)小球A做匀速圆周运动的向心力等于轻绳拉力T,根 据牛顿第二定律 解得 答案:(1)m2g (2),【补偿训练】 1.如图所示,竖直放置的光滑圆环,半径 R=20cm,在环上套有一个
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