2021年高中物理(新教材)鲁科版必修第二册课件:第3章 第2节 科学探究向心力.pptx
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1、第2节 科学探究:向心力 学习目标 思维导图 1.理解什么是 向心力和向心 加速度,会分析 向心力的来源。 2.掌握向心力、 向心加速度和 线速度、角速 度的关系式;能 够运用向心力 公式求解有关 问题。 3.通过简单实 验探究向心力。 必备知识 自我检测 一、向心力 1.定义 做圆周运动的物体受到的指向圆心的力。 2.方向 始终指向圆心,总是与运动方向垂直。 3.作用效果 向心力只改变线速度的方向,不改变线速度的大小,因此向心力不 做功。 必备知识 自我检测 4.来源 可能是弹力、重力、摩擦力或是它们的合力。做匀速圆周运动的 物体,向心力就是物体受到的合外力;做非匀速圆周运动的物体,向 心力
2、不是物体所受到的合外力。 5.大小 做匀速圆周运动的物体,所受向心力的大小为 F=m2r,而 = ,则 F=m 2 。 必备知识 自我检测 二、向心加速度 1.定义 做圆周运动的物体受到向心力的作用,存在一个由向心力产生的加 速度,这个加速度称为向心加速度。 2.大小 a=2r。 a= 2 。 3.方向 向心加速度的方向时刻与向心力的方向一致,且始终指向圆心。 必备知识 自我检测 1.正误辨析 (1)做匀速圆周运动的物体所受的向心力是恒力。( ) 答案: (2)向心力可以由重力或弹力等来充当,是效果力。( ) 答案: (3)圆周运动中指向圆心的合力等于向心力。( ) 答案: (4)匀速圆周运动
3、是加速度不变的曲线运动。( ) 解析:匀速圆周运动加速度的方向是不断变化的,所以匀速圆周运 动是加速度变化的曲线运动。 答案: 必备知识 自我检测 (5)乙同学认为,由公式a=2r知,向心加速度a与运动半径r成正比。 ( ) 解析:当一定时,a与r成正比。 答案: 必备知识 自我检测 2.下列关于做匀速圆周运动的物体所受向心力的说法中,正确的是 ( ) A.物体除其他的力外还要受到一个向心力的作用 B.物体所受的合力提供向心力 C.向心力是一个恒力 D.向心力的大小一直在变化 解析:向心力是一个效果力,并不单独存在,选项A错误;做匀速圆周 运动的物体所受合力提供向心力,大小不变,方向时刻指向圆
4、心,选 项B正确,选项C、D错误。 答案:B 必备知识 自我检测 3.如下列选项所示,细绳的一端固定,另一端系一小球,让小球在光 滑水平面内做匀速圆周运动,关于小球运动到P点时的加速度方向 可能正确的是( ) 解析:做匀速圆周运动的物体的加速度就是向心加速度,其方向指 向圆心,选项B正确。 答案:B 问题一 问题二 问题三 随堂检测 对向心力的理解对向心力的理解 情境导引 如图所示,用细绳拉着小球在光滑水平面上做匀速圆周运动,若小 球的线速度为v,运动半径为r,是什么力使小球做圆周运动?该力的 大小、方向如何?小球运动的速度v增大,细绳的拉力大小如何变化? 要点提示:绳的拉力;向心力等于绳的拉
5、力,大小为F=m ,方向指向 圆心;v增大,绳的拉力增大。 2 问题一 问题二 问题三 随堂检测 知识点拨 1.向心力的大小 F=ma=m 2 =m2r=mv=m 2 2r。 2.向心力的方向 无论是否为匀速圆周运动,其向心力总是沿着半径指向圆心,方向 时刻改变,故向心力是变力。 3.向心力的作用效果 改变线速度的方向。 问题一 问题二 问题三 随堂检测 4.向心力来源分析 (1)向心力是根据力的作用效果命名的,它可以由重力、弹力、摩擦 力等各种性质的力提供,也可以由它们的合力提供,还可以由某个 力的分力提供。 (2)当物体做匀速圆周运动时,由于物体沿切线方向的加速度为零, 即切线方向的合力为
6、零,物体受到的合力一定指向圆心。 (3)当物体做非匀速圆周运动时,其向心力为物体所受的合力在半径 方向上的分力,而合力在切线方向的分力则用于改变线速度的大小。 问题一 问题二 问题三 随堂检测 实例引导 例1如图所示,一圆盘可绕过圆盘的中心O且垂直于盘面的竖直轴 转动,在圆盘上放一小木块A,它随圆盘一起做匀速圆周运动,则关于 木块A的受力,下列说法正确的是( ) A.木块A受重力、支持力和向心力 B.木块A受重力、支持力和静摩擦力,摩擦力的方向与 木块运动方向相反 C.木块A受重力、支持力和静摩擦力,摩擦力的方向指 向圆心 D.木块A受重力、支持力和静摩擦力,摩擦力的方向与木块运动方 向相同
7、问题一 问题二 问题三 随堂检测 解析:由于圆盘上的木块A在竖直方向上没有加速度,所以,它在竖直 方向上受重力和支持力的作用而平衡。而木块在水平面内做匀速 圆周运动,其所需向心力由静摩擦力提供,且静摩擦力的方向指向 圆心O。 答案:C 易错提醒 向心力不是具有特定性质的某种力,任何性质的力都可 以作为向心力,受力分析时不能添加向心力。 问题一 问题二 问题三 随堂检测 变式训练1(多选)对于做匀速圆周运动的物体,下列说法正确的是 ( ) A.合力的大小不变,方向一定指向圆心 B.合力的大小不变,方向也不变 C.合力产生的效果既改变线速度的方向,又改变线速度的大小 D.合力产生的效果只改变线速度
8、的方向,不改变线速度的大小 解析:匀速圆周运动的合力等于向心力,由于线速度v的大小不变,故 F合只能时刻与v的方向垂直,即指向圆心,选项A对,B错;由于合力F合 的方向时刻与线速度的方向垂直而沿切线方向无分力,故该力只改 变线速度的方向,不改变线速度的大小,选项C错,D对。 答案:AD 问题一 问题二 问题三 随堂检测 变式训练2如图所示,一小球用细绳悬挂于O点,将其拉离竖直位置 一定角度后释放,让小球以O点为圆心做圆周运动,则运动中小球所 需的向心力是( ) A.绳的拉力 B.重力和绳子拉力的合力 C.重力和绳子拉力的合力沿绳方向的分力 D.重力沿绳方向分力 问题一 问题二 问题三 随堂检测
9、 解析:如图所示,对小球进行受力分析,它受重力和绳子拉力作用,向 心力是指向圆心方向的合外力。因此,它可以说是小球所受合力沿 绳方向的分力,也可以说是各力沿绳方向的分力的合力,选项C正 确,A、B、D错误。 答案:C 问题一 问题二 问题三 随堂检测 匀速圆周运动的动力学问题匀速圆周运动的动力学问题 情境导引 如图所示,飞机在空中某水平面内做匀速圆周运动;在光滑漏斗内 壁上,小球在同一水平面做匀速圆周运动。试分析: (1)飞机和小球的向心力由什么力提供? (2)若知道飞机和小球做圆周运动的半径,如何求得飞机和小球运动 的速度大小? 问题一 问题二 问题三 随堂检测 要点提示:(1)飞机受到的重
10、力和空气对飞机的作用力的合力提供 向心力;小球受筒壁的弹力和重力作用,二者的合力提供向心力。 (2)计算飞机和小球的速度需要知道它们做圆周运动的半径、所受 的合力以及它们的质量。 问题一 问题二 问题三 随堂检测 知识点拨 匀速圆周运动问题的解题步骤 问题一 问题二 问题三 随堂检测 实例引导 例2双人花样滑冰运动中,观众有时会看到女运动员被男运动员拉 着离开冰面在空中做水平方向的匀速圆周运动。若女运动员做圆 锥摆运动时和竖直方向的夹角约为,女运动员的质量为m,转动过 程中女运动员的重心做匀速圆周运动的半径为r,求: (1)男运动员对女运动员的拉力大小。 (2)男运动员转动的角速度。 点拨以女
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