2021学年2 向心力教学ppt课件

这是一份2021学年2 向心力教学ppt课件，共30页。PPT课件主要包含了探究重点提升素养，答案424N，随堂演练逐点落实，图10等内容，欢迎下载使用。
导学探究1.如图1所示，用细绳拉着质量为m的小球在光滑水平面上做匀速圆周运动.
一、向心力的理解及来源分析
(1)小球受哪些力作用？什么力提供了向心力？合力指向什么方向？答案　小球受到重力、支持力和绳的拉力，绳的拉力提供了向心力，合力等于绳的拉力，方向指向圆心.(2)若小球的线速度为v，运动半径为r，合力的大小是多少？
2.若月球(质量为m)绕地球做匀速圆周运动，其角速度为ω，月地距离为r.月球受什么力作用？什么力提供了向心力？该力的大小、方向如何？答案　月球受到地球的引力作用，地球对月球的引力提供了月球绕地球做圆周运动的向心力，其大小Fn＝mω2r，方向指向地球球心.
知识深化1.对向心力的理解
(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.由于向心力始终指向圆心，其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.
2.向心力的来源分析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.(1)当物体做匀速圆周运动时，由于物体线速度大小不变，沿切线方向的合外力为零，物体受到的合外力一定指向圆心，以提供向心力.(2)当物体做非匀速圆周运动时，其向心力为物体所受的合外力在半径方向上的分力，而合外力在切线方向的分力则用于改变线速度的大小.
例1　关于向心力的说法中正确的是A.物体由于做圆周运动而产生了向心力B.向心力不改变圆周运动中物体线速度的大小C.对做匀速圆周运动的物体进行受力分析时，一定不要漏掉向心力D.做匀速圆周运动的物体其向心力是不变的
解析　向心力是物体做圆周运动的原因，故A错误；因向心力始终垂直于线速度方向，所以它不改变线速度的大小，只改变线速度的方向，当合外力完全提供向心力时，物体就做匀速圆周运动，该合力大小不变，方向时刻改变，即向心力是变力，故B正确，D错误；向心力是根据力的作用效果命名的，它可能是某种性质的力，也可能是某个力的分力或几个力的合力，受力分析时不能加入向心力，故C错误.
例2　(多选)如图2所示，用长为L的细线拴住一个质量为M的小球，使小球在水平面内做匀速圆周运动，细线与竖直方向的夹角为θ，重力加速度为g，关于小球的受力情况，下列说法中正确的是A.小球受到重力、细线的拉力和向心力三个力B.向心力是细线对小球的拉力和小球所受重力的合力C.向心力的大小等于细线对小球拉力的水平分力D.向心力的大小等于Mgtan θ
1.匀速圆周运动问题的求解方法圆周运动问题仍属于一般的动力学问题，无非是由物体的受力情况确定物体的运动情况，或者由物体的运动情况求解物体的受力情况.解答有关匀速圆周运动问题的一般方法步骤：(1)确定研究对象、轨迹圆周(含圆心、半径和轨道平面).(2)受力分析，确定向心力的大小(合成法、正交分解法等).(3)根据向心力公式列方程，必要时列出其他相关方程.(4)统一单位，代入数据计算，求出结果或进行讨论.
二、匀速圆周运动问题分析
2.几种常见的匀速圆周运动实例
例3　如图3所示，已知绳长为L＝20 cm，水平杆长为L′＝0.1 m，小球质量m＝0.3 kg，整个装置可绕竖直轴转动.g取10 m/s2，问：(结果均保留三位有效数字)(1)要使绳子与竖直方向成45°角，试求该装置必须以多大的角速度转动？
答案　6.44 rad/s
解析　小球绕竖直轴做圆周运动，其轨道平面在水平面内，对小球受力分析如图所示，设绳对小球拉力为FT，小球重力为mg，则绳的拉力与重力的合力提供小球做圆周运动的向心力.对小球利用牛顿第二定律可得：mgtan 45°＝mω2rr＝L′＋Lsin 45°联立并将数值代入可得ω≈6.44 rad/s
(2)此时绳子的张力为多大？
针对训练1　如图4所示，一只质量为m的老鹰，以速率v在水平面内做半径为R的匀速圆周运动，则空气对老鹰的作用力的大小等于(重力加速度为g)
导学探究用绳拴一沙袋，使沙袋在光滑水平面上做变速圆周运动，如图5所示.
三、变速圆周运动和一般的曲线运动
(1)分析绳对沙袋的拉力的作用效果.答案　绳对沙袋的拉力方向不经过圆心，即不与沙袋的速度方向垂直，而是与沙袋的速度方向成一锐角θ，如题图所示，拉力F有两个作用效果，一是改变线速度的大小，二是改变线速度的方向.(2)沙袋的速度大小如何变化？为什么？答案　由于拉力F沿切线方向的分力与v一致，故沙袋的速度增大.
知识深化1.变速圆周运动(1)受力特点：变速圆周运动中合力不指向圆心，合力F产生改变线速度大小和方向两个作用效果.
2.一般的曲线运动曲线轨迹上每一小段看成圆周运动的一部分，在分析其速度大小与合力关系时，可采用圆周运动的分析方法来处理.(1)合外力方向与速度方向夹角为锐角时，速率越来越大.(2)合外力方向与速度方向夹角为钝角时，力为阻力，速率越来越小.
例4　如图6所示，物块P置于水平转盘上随转盘一起运动，图中c方向沿半径指向圆心，a方向与c方向垂直.当转盘逆时针转动时，下列说法正确的是A.当转盘匀速转动时，P所受摩擦力方向为cB.当转盘匀速转动时，P不受转盘的摩擦力C.当转盘加速转动时，P所受摩擦力方向可能为aD.当转盘减速转动时，P所受摩擦力方向可能为b
解析　转盘匀速转动时，物块P所受的重力和支持力平衡，摩擦力提供其做匀速圆周运动的向心力，故摩擦力方向指向圆心O点，A项正确，B项错误；当转盘加速转动时，物块P做加速圆周运动，不仅有沿c方向指向圆心的向心力，还有指向a方向的切向力，使线速度大小增大，故摩擦力可能沿b方向，不可能沿a方向，C项错误；当转盘减速转动时，物块P做减速圆周运动，不仅有沿c方向指向圆心的向心力，还有与a方向相反的切向力，使线速度大小减小，故摩擦力可能沿d方向，不可能沿b方向，D项错误.
针对训练2　(2019·莲塘第一中学期中)如图所示，在“神舟十一号”沿曲线从M点到N点的飞行过程中，速度逐渐减小.在此过程中“神舟十一号”所受合力F的方向可能是
解析　做曲线运动的物体所受合力的方向总是指向曲线凹侧，A、D错误；由于速度逐渐减小，故合力F的方向与速度方向的夹角应大于90°，C正确，B错误.
1.(向心力的理解)(多选)下列关于向心力的叙述中，正确的是A.向心力的方向始终沿着半径指向圆心，所以是一个变力B.做匀速圆周运动的物体，除了受到别的物体对它的作用力外，还一定受到一个向心　力的作用C.向心力可以是重力、弹力、摩擦力中的某个力，也可以是这些力中某几个力的合　力，或者是某一个力的分力D.向心力只改变物体线速度的方向，不改变物体线速度的大小
解析　向心力是根据力的作用效果来命名的，它可以是物体受到的几个力的合力，也可以是某一个力的分力，因此，在进行受力分析时，不能再分析向心力，B错误；向心力时刻指向圆心，与线速度方向垂直，所以向心力只改变线速度方向，不改变线速度大小，A、C、D正确.
2.(一般曲线运动分析)(2018·绵阳高一检测)如图7所示，小鸟沿图中虚线向上加速飞行，空气对其作用力可能是
3.(向心力公式的应用)(2019·棠湖中学高一质检)如图8所示，某同学用硬塑料管和一个质量为m的铁质螺丝帽研究匀速圆周运动，将螺丝帽套在塑料管上，手握塑料管使其保持竖直并在水平方向上做半径为r的匀速圆周运动，则只要运动角速度合适，螺丝帽恰好不下滑，假设螺丝帽与塑料管间的动摩擦因数为μ，认为最大静摩擦力近似等于滑动摩擦力.重力加速度为g，则在该同学手转塑料管使螺丝帽恰好不下滑时，下列分析正确的是A.螺丝帽在重力和摩擦力作用下处于平衡状态B.螺丝帽受到塑料管的弹力方向水平向外，背离圆心C.此时手转动塑料管的角速度ω＝D.若塑料管的转动加快，螺丝帽有可能相对塑料管向下运动
解析　螺丝帽恰好不下滑，则有μFN＝mg螺丝帽做匀速圆周运动，塑料管的弹力FN提供向心力，即弹力方向指向圆心，则FN＝mω2r，
4.(向心力公式的应用)(2019·南阳市高一下学期期末)如图9所示，长为L的细绳一端固定于O点，另一端系一个小球，在O点的正下方钉一个光滑的小钉子A，小球从一定高度摆下，当细绳与钉子相碰时，钉子的位置距小球 ，则细绳碰到钉子前、后瞬间A.绳对小球的拉力大小之比为1∶4B.小球所受合外力大小之比为1∶4C.小球做圆周运动的线速度大小之比为1∶4D.小球做圆周运动的角速度之比为4∶1
解析　细绳碰到钉子前、后瞬间线速度大小不变，即线速度大小之比为1∶1；半径变小，根据v＝ωr得知，角速度之比为1∶4，故C、D错误.
5.(向心力公式的应用)如图10所示，两个质量相同的小球用长度不等的细线拴在同一点，并在同一水平面内做同方向的匀速圆周运动，则它们的A.向心力大小相同B.运动周期不同C.运动线速度大小相同D.运动角速度相同
解析　对其中一个小球受力分析，如图所示，受重力，绳子的拉力，由于小球做匀速圆周运动，故合力提供向心力；将重力与拉力合成，合力指向圆心，由几何关系得合力：F＝mgtan θ，①θ不同，则F大小不同，故A错误；由向心力公式得：F＝mω2r，②设绳子与悬挂点间的高度差为h，由几何关系，得：r＝htan θ， ③
由v＝ωr可知，两球转动半径不等，线速度大小不同，故C错误.