向心力與向心加速度課件

1、第2節(jié) 向心力與向心加速度,,1.理解向心力的概念、公式、物理意義及研究圓周運(yùn)動(dòng)的方法。,2.了解變速圓周運(yùn)動(dòng)的概念及受力情況。,4.理解向心加速度的概念、公式及物理意義，能夠應(yīng)用向心加速度分析問題、解決問題。,5.體會(huì)牛頓第二定律在圓周運(yùn)動(dòng)中的應(yīng)用。,知識(shí)回顧：,力與運(yùn)動(dòng)的關(guān)系,當(dāng)合外力方向與運(yùn)動(dòng)方向共線時(shí)，變速直線運(yùn)動(dòng),當(dāng)合外力為零時(shí)，靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng),當(dāng)合外力方向與運(yùn)動(dòng)方向不共線時(shí)，曲線運(yùn)動(dòng),做圓周運(yùn)動(dòng)的物體受力有什么特點(diǎn)？,

2、思考,2.合外力有何特點(diǎn)？,1.小球受哪幾個(gè)力的作用？,思考,自我動(dòng)手小實(shí)驗(yàn),對(duì)小球分析，受到三個(gè)外力作用，即重力G、桌面支持力N和繩子的拉力F，合力就是繩子的拉力F，始終指向圓心。,一、向心力,定義:做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體一定要受到一個(gè)始終指向圓心等效力的作用，這個(gè)力叫做向心力。,特點(diǎn)：始終指向圓心，總是與運(yùn)動(dòng)方向垂直,效果：只改變速度的方向，不改變速度的大小,思考,向心力是不是等同于合外力呢？,,豎直方向上N＝G，故T 即為合力,F合

3、＝T,＝Fn,在勻速圓周運(yùn)動(dòng)中，合力提供向心力,輕繩栓一小球,在光滑水平面上做勻速圓周運(yùn)動(dòng),思考,小球受到哪些力的作用？,向心力由什么力提供？,結(jié)論:向心力由重力G和彈力T的合力提供,o,,,,滾筒洗衣機(jī)中物體跟著滾筒勻速轉(zhuǎn)動(dòng),在勻速圓周運(yùn)動(dòng)中，合力提供向心力,向心力由什么力提供？,思考,理論分析：若物體做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，其速度大小不變，方向時(shí)刻變化，則合外力必須始終指向圓心，完全提供向心力。若物體做非勻速圓周運(yùn)動(dòng)，其速度大小變化，

4、方向也時(shí)刻變化，則合外力必須有沿圓周切線方向的分力來(lái)改變速度大小，同時(shí)有沿徑向方向的分力充當(dāng)向心力改變速度方向，故合外力不指向圓心，也不等同于向心力。,VA,,,F合,,,勻速圓周運(yùn)動(dòng),VA,,,,F合,,,,非勻速圓周運(yùn)動(dòng),向心力=合外力,Ft改變速度大小,Fn改變速度方向,F合即Fn只改變速度方向,不改變速度大小,向心力 合外力,可以由重力、彈力、摩擦力中的某一個(gè)力，或者是某幾個(gè)力的分力，或幾個(gè)力的合力所提供。,向心力是根

5、據(jù)效果命名的，故受力分析時(shí)向心力不存在。,向心力來(lái)源,說(shuō)一說(shuō)：,各圖情景中向心力是由誰(shuí)提供的？,向心力大小,（1）體驗(yàn)向心力的大小,猜想：向心力的大小可能與 有關(guān),質(zhì)量、,半徑、,角速度,,,用細(xì)繩連接的鋼球、木球各一個(gè)，拉住繩的一端，讓小球盡量做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。分別改變轉(zhuǎn)動(dòng)的快慢、細(xì)繩的長(zhǎng)短做幾次實(shí)驗(yàn)。思考：向心力的大小與哪些因素有關(guān)？,（2）演示實(shí)驗(yàn)：用向心力演示器演示,構(gòu)造：變速塔輪，

6、長(zhǎng)槽，短槽，彈簧測(cè)力套筒，標(biāo)尺等。,控制變量法,①保持r、ω一定,②保持m、ω一定,③保持r、m一定,實(shí)驗(yàn)表明：,結(jié)論：m越大，F(xiàn)向越大,結(jié)論：r越大，F(xiàn)向越大,結(jié)論：ω越大，F(xiàn)向越大,BCD,例1：關(guān)于向心力，下列說(shuō)法正確的是（ ）A、物體只有受到向心力的作用才可能做圓周運(yùn)動(dòng)B、向心力是指向圓心方向的合力，是根據(jù)力的作用效果 命名的C、做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體，受到的合外力完全充當(dāng)向心 力D、向心力只改變物體運(yùn)

7、動(dòng)的方向，不可能改變物體運(yùn)動(dòng) 速度的大小,向心加速度,向心力公式: F向 = F合= mrω2,,根據(jù)牛頓第二定律: F合= ma,,由牛頓第二定律推導(dǎo),大小：,方向：,始終指向圓心,物理意義：描述線速度方向變化的快慢,對(duì)于勻速圓周運(yùn)動(dòng)，合外力和向心加速度大小恒定，方向時(shí)刻變化。對(duì)于非勻速圓周運(yùn)動(dòng)，線速度大小變化，可知向心加速度大小也變化，但仍適用向心力和向心加速度公式，不過速度指的是瞬時(shí)速度。,vA,,,an,,,勻速圓周

8、運(yùn)動(dòng),vA,,,,a,,,,非勻速圓周運(yùn)動(dòng),,at,at描述速度大小改變快慢,an描述速度方向變化快慢,an描述速度方向變化的快慢,例2：上海在北緯31°，求上海所在處物體繞地軸做圓周運(yùn)動(dòng)的向心加速度是多大？（設(shè)地球半徑R=6400km，cos31°=0.86）,,,A,,O,,,,R,r,分析：首先應(yīng)明確物體做勻速圓周運(yùn)動(dòng)；再確定圓周軌跡、圓心及半徑。,解：物體隨地球自轉(zhuǎn)的角速度ω =2π/T,O’,,,圓周半徑

9、r=R ? cos31°,∴a=rω2 = R ? cos31°?(2π/T) 2,代入數(shù)據(jù)可得a=2.9×10-2m/s2,1.一小球在豎直光滑的圓形軌道內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng)，關(guān)于其所受到的向心力，下列說(shuō)法中正確的是（ ）,A.一定指向圓心B.一定不指向圓心C.只有在軌道的最高點(diǎn)和最低點(diǎn)指向圓心D.以上說(shuō)法都不正確,【解析】選A.根據(jù)向心力的定義,不管是勻速圓周運(yùn)動(dòng),還是非勻速圓周運(yùn)動(dòng),

10、向心力都一直指向圓心.故只有選項(xiàng)A正確.,A,2.物體做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的條件是 ( 　)A.物體有一定的初速度，且受到一個(gè)始終和初速度方向垂直的恒力作用B.物體有一定的初速度，且受到一個(gè)大小不變，方向變化的力的作用C.物體有一定的初速度，且受到一個(gè)方向始終指向圓心的力的作用D.物體有一定的初速度，且受到一個(gè)大小不變方向始終跟速度方向垂直的力的作用,D,解析：設(shè)運(yùn)動(dòng)員的重心到單杠的距離為R，在最低點(diǎn)的最小速度為v，則有,3.質(zhì)量為

11、60 kg的體操運(yùn)動(dòng)員做“單臂大回環(huán)”，用一只手抓住單杠，伸展身體，以單杠為軸做圓周運(yùn)動(dòng)．此過程中，運(yùn)動(dòng)員到達(dá)最低點(diǎn)時(shí)手臂受的拉力至少約為(忽略空氣阻力，g＝10 m/s2)(　　)A．600 N　　　　　 B．2400 N C．3000 N D．3600 N,由以上二式聯(lián)立并代入數(shù)據(jù)解得F＝

12、3000 N.,對(duì)運(yùn)動(dòng)員：,C,,4.如視頻所示，在雙人花樣滑冰運(yùn)動(dòng)中，看到被男運(yùn)動(dòng)員拉著的女運(yùn)動(dòng)員離開地面在空中做圓錐擺運(yùn)動(dòng)的精彩場(chǎng)面，目測(cè)體重為G的女運(yùn)動(dòng)員做圓錐擺運(yùn)動(dòng)時(shí)和水平冰面的夾角約為300，重力加速度為g，問該女運(yùn)動(dòng)員受到的拉力及向心加速度？,即：,豎直方向上：,水平方向上：,即：,可得：,解析：女運(yùn)動(dòng)員做圓錐擺運(yùn)動(dòng)，對(duì)女運(yùn)動(dòng)員受力分析可知,5.如圖當(dāng)圓筒高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，滑塊可能在圓筒內(nèi)壁上和接觸點(diǎn)保持相對(duì)靜止,（1）試分析滑