物理必修 第二册3 向心加速度图片ppt课件

这是一份物理必修 第二册3 向心加速度图片ppt课件，共45页。PPT课件主要包含了课前自主学习，ω2r，非匀速圆周运动，课堂互动探究，课堂回眸，向心加速度，课堂素养达标等内容，欢迎下载使用。
1.匀速圆周运动的加速度方向:任务驱动　“天宫二号”空间实验室在轨飞行时,可认为它绕地球做匀速圆周运动。“天宫二号”做匀速圆周运动的向心加速度变化吗?提示:变化,向心加速度的方向不断变化。
(1)定义:任何做匀速圆周运动的物体的加速度都指向_____,这个加速度叫作向心加速度。(2)向心加速度的作用:向心加速度的方向总是与速度方向_____,故向心加速度的作用只改变速度的_____,对速度的_____无影响。
2.匀速圆周运动的加速度大小:任务驱动　由向心加速度a= 知,a与r成反比,由a=ω2r知,a与r成正比,这种说法正确吗?提示:不正确。由a= 可知,当v的大小不变时,a与r成反比,由a=ω2r可知,当ω的大小不变时,a与r成正比。(1)向心加速度公式:an=____=____。(2)向心加速度的公式既适用于匀速圆周运动,也适用于_______________。
【主题一】匀速圆周运动加速度的方向和物理意义【生活情境】情境1:如图甲所示,地球绕太阳做匀速圆周运动。情境2:如图乙所示,在光滑的水平面上,小球在绳子拉力作用下做匀速圆周运动。
【问题探究】(1)图甲中地球受什么力的作用?这个力沿什么方向?提示:受太阳的引力作用,由地球指向太阳。(2)图乙中的小球受几个力的作用?提示:小球受重力、支持力和绳子的拉力三个力作用。(3)地球和小球的受力有什么共同之处?提示:它们受到的合力都不为零,且方向都指向圆心。
(4)你能否从理论上论证做匀速圆周运动的物体是否存在加速度?其方向如何?提示:做匀速圆周运动的物体线速度大小不变但方向时刻改变,所以匀速圆周运动是变速运动。既然是变速运动,就一定会有加速度。由于做匀速圆周运动的物体所受合力指向圆心,根据牛顿第二定律,物体的加速度也指向圆心。在理论上可以得出结论:任何做匀速圆周运动的物体一定存在加速度,且加速度方向都指向圆心。
【结论生成】1.物理意义:向心加速度只表示线速度的方向变化的快慢,不表示速度大小变化的快慢。2.方向:做匀速圆周运动的物体,其速度的大小(速率)不变,方向不断改变,所以加速度a没有与v同方向的分量,它必然沿半径方向指向圆心,故称为向心加速度。3.圆周运动的性质:不论向心加速度an的大小是否变化,an的方向是时刻改变的,所以圆周运动的向心加速度时刻发生改变,圆周运动一定是非匀变速曲线运动。
4.一般圆周运动向心加速度方向:做非匀速圆周运动的物体的加速度并不指向圆心,而是与半径有一个夹角,我们可以把加速度a分解为沿半径方向的an和沿切线方向的at,则an描述速度方向改变的快慢,at描述速度大小改变的快慢,其中an就是向心加速度。
【典例示范】下列关于向心加速度的说法中,正确的是(　　)A.向心加速度的方向始终与速度的方向垂直B.向心加速度的方向始终保持不变C.在匀速圆周运动中,向心加速度是恒定的D.在匀速圆周运动中,向心加速度的大小不断变化【解析】选A。向心加速度方向始终指向圆心,与速度方向垂直,方向时刻在变化,故选项A正确,B错误;在匀速圆周运动中向心加速度的大小不变,方向时刻变化,故选项C、D错误。
【素养训练】1.物体做匀速圆周运动过程中,其向心加速度(　　)A.大小、方向均保持不变B.大小、方向均时刻改变C.大小时刻改变、方向保持不变D.大小保持不变、方向时刻改变【解析】选D。做匀速圆周运动的物体其速度大小不变,由向心加速度公式an= 可知其大小不变,向心加速度的方向始终指向圆心,故其方向时刻改变。选项D正确。
2.(多选)关于质点做匀速圆周运动的下列说法中正确的是(　　)A.由a= 可知,a与r成反比B.由a=ω2r可知,a与r成正比C.当v一定时,a与r成反比D.由ω=2πn可知,角速度ω与转速n成正比
【解析】选C、D。根据公式a= 和a=ω2r来讨论a与r的关系时应该先明确v与ω的情况,不能单从数学关系出发进行分析,选项A、B错误,C正确;由ω=2πn可知,式中2π为常数,故ω与n成正比,选项D正确。
【补偿训练】1.关于做匀速圆周运动的物体的向心加速度,下列说法正确的是(　　)A.向心加速度的大小和方向都不变B.向心加速度的大小和方向都不断变化C.向心加速度的大小不变,方向不断变化D.向心加速度的大小不断变化,方向不变
【解析】选C。做匀速圆周运动的物体要受到指向圆心的向心力的作用,向心力大小不变,方向时刻变化,所以向心加速度的方向始终指向圆心,在不同的时刻方向是不同的,而大小不变。
2.高速列车已经成为世界上重要的交通工具之一,某高速列车时速可达360 km/h。当该列车以恒定的速率在半径为2 000 m 的水平面上做匀速圆周运动时,则(　　)A.乘客做圆周运动的加速度为5 m/s2B.乘客做圆周运动的加速度为0.5 m/s2C.列车进入弯道时做匀速运动D.乘客随列车运动时的速度不变
【解析】选A。乘客随列车以360 km/h=100 m/s的速率做半径为2 000 m的圆周运动,向心加速度a= = m/s2=5 m/s2,A对,B错;乘客随列车运动时的速度大小不变,方向时刻变化,C、D错。
【主题二】匀速圆周运动加速度的大小【生活情境】如图为游乐场中的旋转飞椅,成人和孩子都喜欢的一种游乐设施,乘客可以看作是做匀速圆周运动。
【问题探究】(1)试根据向心力的公式和牛顿第二定律推导向心加速度大小的公式。提示:我们学习了向心力大小的表达式,则根据牛顿第二定律F合=ma和向心力表达式F向=m 可得出向心加速度的大小:a= (2)结合v=ωr推导可得向心加速度与角速度关系的表达式a=ω2r,有人说:根据a= 可知,向心加速度与半径成反比;根据a=ω2r可知,向心加速度与半径成正比;这是矛盾的,你认为呢?提示:不矛盾,说向心加速度与半径成反比是在线速度一定的情况下;说向心加速度与半径成正比是在角速度一定的情况下,所以二者并不矛盾。
(3)做变速圆周运动的物体,其加速度的方向是否指向圆心?提示:做变速圆周运动的物体,加速度的方向并不指向圆心。(4)地球不停地自转,若认为地球是球体,地球表面上不同纬度的地方向心加速度大小相同吗?提示:地球表面上任何地方的角速度相同,纬度不同的地方半径r不相同,由a=ω2r可知向心加速度大小不相同。
【结论生成】1.an与r的关系图像:如图甲、乙所示,由an-r图像可以看出:an与r成正比还是反比,要看是ω恒定还是v恒定。
2.做非匀速圆周运动的物体的向心加速度:(1)物体做匀速圆周运动时,向心加速度就是物体运动的加速度。(2)物体做非匀速圆周运动时,加速度不是指向圆心,但它可以分解为沿切线方向的分量和指向圆心方向的分量,其中指向圆心方向的分量就是向心加速度,此时向心加速度仍满足:an= =ω2r。(3)无论是匀速圆周运动还是变速圆周运动,向心加速度都指向圆心。
【典例示范】(多选)如图所示,一个球绕中心轴线OO′以角速度ω做匀速圆周运动,则(　　)A.a、b两点线速度相同B.a、b两点角速度相同C.若θ=30°,则a、b两点的线速度之比va∶vb= ∶2D.若θ=30°,则a、b两点的向心加速度之比aa∶ab= ∶2
【解析】选B、C、D。由于a、b两点在同一球体上,因此a、b两点的角速度ω相同,选项B正确;而据v=ωr可知vaaA,选项A正确;由于B、C有共同转轴,二者角速度相等,即ωB=ωC,根据an=ω2r可知,由于C的半径大,故aC>aB,由于aB>aA,故aC>aB>aA,选项B错误,D正确;根据vA=vB,ωB=ωC,由于C的半径大于B的半径,则vB