高中物理人教版 (2019)必修 第二册2 向心力背景图课件ppt

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游乐场里有各种有趣的游戏项目。空中飞椅因其刺激性而深受很多年轻人的喜爱。那么，空中飞椅为什么能够飞起来呢？
将“空中飞椅”的运动简化为右图的“圆锥摆”运动，可以认为小球在水平面上摆动时速度大小一直不变，请大家思考： ① 小球做什么样的运动？ ② 小球的运动状态是否发生变化？ ③ 小球运动状态变化的原因是什么？ ④ 小球受到的作用力有何特点？
速度大小不变，方向改变
一个小球在细线的牵引下，绕光滑桌面上的图钉做匀速圆周运动，请大家思考下列问题：① 小球受到哪些作用力？② 小球的合力有何特点？③ 是什么力使小球做匀速圆周运动
重力、支持力、细线的拉力
探究1 对向心力的认识
向心力：使物体做匀速圆周运动的指向圆心的合力。
向心力的方向：做匀速圆周运动的物体，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。
向心力的来源：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。
必备知识1 对向心力的理解
【例1】(多选)下面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.向心力只改变物体速度的方向，不改变物体速度的大小
【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.向心力时刻指向圆心，与线速度方向垂直，所以向心力只改变速度方向，不改变速度大小，A、C、D正确.
如图所示，在绳子的一端拴一个小沙袋（或其他小物体），另一端握在手中。将手举过头顶，使沙袋在水平面内做圆周运动。此时，沙袋所受的向心力近似等于手通过绳对沙袋的拉力。换用不同质量的沙袋，并改变沙袋转动的速度和绳的长度，感受向心力的变化。
探究2 感受向心力
1. 定量实验：向心力的大小与物体的质量m、角速度ω、轨道半径r有怎样的关系呢？
（2）角速度ω ：调节变速塔轮的半径比，可以获得不同的角速度比。
探究向心力大小的表达式
（1）在角速度、轨道半径不变的条件下，探究向心力与质量的关系：
（2）在角速度、质量不变的条件下，探究向心力与轨道半径的关系：
（3）在质量、轨道半径不变的条件下，探究向心力与角速度的关系：
必备知识2 向心力的大小
【例2】甲、乙两物体都做匀速圆周运动，其质量之比为1∶2，转动半径之比为1∶2，在相等时间里甲转过60°，乙转过45°，则它们所受外力的合力之比为(　　) A．1∶4 B．2∶3 C．4∶9 D．9∶16
关键能力 向心力来源的分析
【例4】 如图所示，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？ (2) 此时绳子的张力为多大？
【例3】 (多选)如图所示，小物体A与圆盘保持相对静止，随圆盘一起做匀速圆周运动，则（ ） A. A受到重力、弹力，两者的合力提供向心力 B. A受到重力、弹力和指向圆心的摩擦力， 摩擦力充当向心力 C. A受到重力、弹力、向心力和摩擦力 D.当圆盘的角速度超过一定数值时，木块将滑动
【例4】 (1)6.44 rad/s　(2)4.24 N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.
(1)对小球利用牛顿第二定律可得：mgtan 45°＝mω2r，r＝L′＋Lsin 45°联立并将数值代入可得ω≈6.44 rad/s(2)FT＝mg/cs 45°≈4.24 N.
【例4】 如图所示，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？ (2) 此时绳子的张力为多大？
匀速圆周运动与变速圆周运动的受力特点：
匀速圆周运动（v大小不变）
变速圆周运动（v大小变化）
合力一定指向圆心（ F合=Fn ）只改变速度方向，不改变速度大小
合力不指向圆心（ F合 ≠ Fn ）
例：一辆汽车在水平公路上转弯，沿曲线由M向N行驶，速度逐渐减小，图中甲、乙、丙、丁分别画出了汽车转弯时所受合力F的四种方向，你认为哪种是正确的？
一般曲线运动的受力特点：