物理第六章 圆周运动2 向心力图片课件ppt

这是一份物理第六章 圆周运动2 向心力图片课件ppt，共60页。PPT课件主要包含了向心力，速度的方向，力的作用效果，某个力，几个力的合力，向心力的大小，mω2r，答案C，不等于，切向加速度等内容，欢迎下载使用。
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1．定义做匀速圆周运动的物体所受的合力总指向________，这个指向圆心的力叫作__________.2．方向始终沿半径的方向指向________.3．效果只改变____________，向心力是根据____________命名的．4．来源由________或者_______________提供，还可以由某个力的分力来提供．
【答案】向心力方向指向圆心，不断变化，不是恒力．是向心力使得物体做圆周运动，而不是做圆周运动产生向心力．
做匀速圆周运动的向心力是恒力吗？物体由于做匀速圆周运动而产生向心力吗？
1．决定因素向心力大小由物体质量、角速度(或线速度)、轨道半径三个因素决定．2．表达式(1)Fn＝________，(2)Fn＝__________.
系在细线上的小球在光滑水平桌面上做匀速圆周运动．若小球做匀速圆周运动的轨道半径为R，细线的拉力等于小球重力的n倍，则小球的(　　)
1．变速圆周运动变速圆周运动所受合外力________向心力，合外力产生两个方向的效果．(1)合外力F分解成一个与圆周相切的分力Ft，此力产生____________，能描述速度__________的快慢．(2)合外力F分解成另一个与圆周切线垂直而指向圆心的分力Fn，此分力产生____________，其作用效果就是引起速度________.
变速圆周运动和一般曲线运动
2．一般的曲线运动的处理方法一般的曲线运动中，可以把一段曲线分割成许多很短的小段，每一小段可看作一小段________，质点沿一般曲线运动时，可以采用圆周运动的处理方法进行处理．
如图是圆锥摆示意图．思考以下问题(摆球质量为m，摆线长L)：(1)摆球受几个力的作用？(2)摆球做匀速圆周运动的向心力是多大？(3)当摆球的角速度增大时，半径怎样变化？
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1．向心力演示器如图所示，转动手柄1，可使变速塔轮2和3以及长槽4和短槽5随之匀速转动．皮带分别套在塔轮2和3上的不同圆盘上，可使两个槽内的小球分别以几种不同的角速度做匀速圆周运动．小球做圆周运动的向心力由横臂6的挡板对小球的压力提供，球对挡板的反作用力，通过横臂的杠杆使弹簧测力套筒7下降，从而露出标尺8，标尺8上露出的红白相间等分格子的多少可以显示出两个球所受向心力的大小．
探究向心力大小的影响因素
2．实验过程(1)保持ω和r相同，研究小球做圆周运动所需向心力F与质量m之间的关系(如图甲所示)，记录实验数据．(2)保持m和r相同，研究小球做圆周运动所需向心力F与角速度ω之间的关系(如图乙所示)，记录实验数据．(3)保持ω和m相同，研究小球做圆周运动所需向心力F与半径r之间的关系(如图丙所示)，记录实验数据．
精练1　如图所示，是用来研究向心力与转动物体的半径、质量以及角速度之间关系的向心力演示器．
(1)这个实验所用的主要研究方法是(　　)A．控制变量法　B．等效代替法　C．理想实验法　D．假设法(2)观察图中两个相同的钢球位置距各自转轴的距离相等，皮带由此推测出是在研究向心力的大小F与______的关系．A．质量m　　　B．角速度ωC．半径r
【答案】(1)A　(2)B　【解析】(1)在研究向心力的大小F与质量m、角速度ω和半径r之间的关系时，需先控制某些量不变，研究另外两个物理量的关系，该方法为控制变量法，A正确．(2)题图中两球的质量相同，转动的半径相同，则研究的是向心力与角速度的关系，B正确．
变式1　用如图所示的装置可以探究做匀速圆周运动的物体需要的向心力的大小与哪些因素有关．
(1)图示情景正在探究的是________.A．向心力的大小与半径的关系　B．向心力的大小与线速度大小的关系C．向心力的大小与角速度大小的关系D．向心力的大小与物体质量的关系(2)通过本实验可以得到的结论是________.A．在质量和半径一定的情况下，向心力的大小与角速度成正比B．在质量和半径一定的情况下，向心力的大小与线速度的大小成正比C．在半径和角速度一定的情况下，向心力的大小与质量成正比D．在质量和角速度一定的情况下，向心力的大小与半径成反比
【答案】(1)D　(2)C　【解析】(1)控制半径．角速度不变，只改变质量来研究向心力与质量之间的关系，故选D.(2)通过控制变量法，得到的结论为在半径和角速度一定的情况下，向心力的大小与质量成正比，故选C.
有一种叫“飞椅”的游乐项目，示意图如图所示，长为L的钢绳一端系着座椅，另一端固定在半径为r的水平转盘边缘，转盘可绕穿过其中心的竖直轴转动．当转盘以角速度ω匀速转动时，钢绳与转轴在同一竖直平面内，与竖直方向的夹角为θ.不计钢绳的重力，探究以下问题．
问题(1)将座椅看作质点，分析座椅受到的力，并正交分解．(2)将拉力F分解后，指出两个分力的效果．【答案】(1)座椅受重力、拉力，如图．(2)F在竖直方向上的分力与重力平衡，水平方向上的分力提供座椅做匀速圆周运动的向心力．
探究总结1．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．向心力的特点(1)方向时刻在变化，总是与线速度的方向垂直．(2)在匀速圆周运动中，向心力大小不变，但方向时刻沿半径指向圆心．因为方向发生变化，所以向心力是变力．
3．向心力的大小说明：向心力的大小和方向虽然由匀速圆周运动推导出，但适用于所有圆周运动．
4．向心力的来源(1)向心力是根据力的作用效果命名的，凡是产生向心加速度的力，不管属于哪种性质，都是向心力，它可以是重力、弹力等各种性质的力，也可以是它们的合力，还可以是某个力的分力．(2)当物体做匀速圆周运动时，合力提供向心力．(3)当物体做变速圆周运动时，合力指向圆心的分力提供向心力．
5．几个向心力来源实例
精练2　如图所示，有一个水平大圆盘绕过圆心的竖直轴匀速转动，小强站在距圆心为r处的P点与圆盘相对静止．
(1)关于小强的受力，下列说法正确的是(　　)A．小强在P点与圆盘相对静止，因此不受摩擦力作用B．小强随圆盘做匀速圆周运动，其重力和支持力提供向心力C．小强随圆盘做匀速圆周运动，圆盘对他的摩擦力提供向心力D．若使圆盘以较小的转速转动时，小强在P点受到的摩擦力不变(2)如果小强随圆盘一起做变速圆周运动，那么其所受摩擦力是否仍指向圆心？
【答案】(1)C　(2)不指向圆心【解析】(1)由于小强随圆盘做匀速圆周运动，一定需要向心力，该力一定指向圆心方向，而重力和支持力在竖直方向上，它们不能充当向心力，因而他会受到摩擦力作用，且摩擦力充当向心力，故A、B错误，C正确；由于小强随圆盘转动，半径不变，当圆盘角速度变小时，由Fn＝mω2r可知，所需向心力变小，摩擦力变小，故D错误．(2)由于小强的运动在水平面内，小强在竖直方向上受力必平衡，当小强随圆盘一起做变速圆周运动时，合力不再指向圆心，则摩擦力不再指向圆心．
变式2　(2021年普宁期中)图中小物体A随圆盘一起做匀速圆周运动，且与圆盘保持相对静止，则A受到(　　)A．重力、支持力、摩擦力B．重力、支持力、向心力C．重力、支持力D．重力、支持力、向心力、摩擦力【答案】A
【解析】小物体A在水平圆盘上，一定受到重力和支持力作用，物体在转动过程中，有背离圆心的运动趋势，因此受到指向圆心的静摩擦力，且静摩擦力提供向心力，故B、C、D错误，A正确．
1．匀速圆周运动的特点线速度大小不变、方向时刻改变；角速度、周期、频率都不变；向心加速度和向心力大小都不变，但方向时刻改变．
匀速圆周运动的动力学问题
2．解答匀速圆周运动问题的方法
3．常见匀速圆周运动中的力与运动分析
匀速圆周运动向心力问题精练3　长为L的细线，拴一质量为m的小球(小球可视为质点)，一端固定于O点，让其在水平面内做匀速圆周运动(这种运动通常称为圆锥摆运动)，如图所示．当摆线L与竖直方向的夹角是α时，求：(1)线的拉力F.(2)小球运动的线速度的大小．(3)小球运动的角速度及周期．
圆周运动中的连接体问题精练4　甲、乙两名溜冰运动员，m甲＝80 kg，m乙＝40 kg，面对面拉着弹簧测力计做圆周运动的溜冰表演，如图所示．两人相距0.9 m，弹簧测力计的示数为9.2 N，下列判断中正确的是(　　)
A．两人的线速度相同，约为40 m/sB．两人的角速度相同，为5 rad/sC．两人的运动半径相同，都是0.45 mD．两人的运动半径不同，甲为0.3 m，乙为0.6 m【答案】D
【解析】因两人相对位置不变，故角速度相同．两人均做圆周运动，向心力的大小相等，质量不同，角速度相同，所以他们的运动半径不同，C错误；设甲的半径为R1，则乙的半径为R2＝0.9 m－R1，由m甲ω2R1＝m乙ω2(0.9 m－R1)，解得R1＝0.3 m，R2＝0.6 m，D正确；再根据9.2 N＝m甲ω2R1可知，角速度ω≈0.62 rad/s，B错误；两个人的角速度相同，半径不同，故他们的线速度不相同，A错误．
变式3　如图所示，水平光滑桌面上A、B两球质量分别为m1、m2，用一劲度系数为k的轻弹簧相连，一长为L1的水平细线一端与A相连，另一端拴在竖直轴OO′上．当A与B均以角速度ω绕OO′做匀速圆周运动时，弹簧长度为L2，求：(1)弹簧伸长量．(2)细线上的弹力大小．(3)将细线突然烧断瞬间，A、B两球的加速度大小．
精练5　如图所示，水平转盘的中心有一个光滑的小圆孔．质量为m的物体A放在转盘上，物体A到圆孔的距离为r，物体A通过轻绳与物体B相连，物体B的质量也为m.若物体A与转盘间的动摩擦因数为μ，最大静摩擦力等于滑动摩擦力，求转盘转动的角速度ω在什么范围内，才能使物体A随转盘转动而不滑动？
变式4　如图所示，水平转台上放有质量均为m的两个物块A、B，A离转轴的距离为L，A、B间用长为L的细线相连．开始时，A、B与轴心在同一直线上，线正好被拉直，A、B与水平转台间的动摩擦因数均为μ，最大静摩擦力等于滑动摩擦力．求：(1)当转台的角速度达到多大时，细线中开始出现张力？(2)当转台的角速度达到多大时，A物块开始滑动？
科学探究——探究向心力大小的表达式向心力演示器如图所示．利用它探究向心力，可采用控制变量法．
探究结论：Fn＝mω2r.
专练　(多选)球A和球B可在光滑杆上无摩擦滑动，两球用一根细绳连接，如图所示．球A的质量是球B的两倍，当杆以角速度ω匀速转动时，两球刚好保持与杆无相对滑动，那么(　　)A．球A受到的向心力等于B受到的向心力B．球A转动的半径是球B转动半径的一半C．当ω增大时，球A向外运动D．当ω增大时，球B向外运动【答案】AB
课堂小练 | 素养达成
1．如图所示，在光滑水平面上，质量为m的小球在细线的拉力作用下，以速度v做半径为r的匀速圆周运动．小球所受向心力的大小为(　　)
A．物体受到的合力为零B．物体受到的合力大小不变，方向始终指向圆心OC．物体受到的合力就是向心力D．物体受到的合力方向始终与其运动方向不垂直(最低点除外)
【答案】D【解析】物体做变速圆周运动，受到重力与轨道的支持力，因支持力为变力，故二力合力为变力，A、B错误；物体做变速圆周运动，合力不指向圆心(最低点除外)，合力沿半径方向的分力提供向心力，C错误，D正确．
3．(多选)如图所示，一小球用细绳悬挂于O点，将其拉离竖直位置一个角度后释放，则小球以O点为圆心做圆周运动，提供运动中小球所需的向心力是(　　)A．绳的拉力B．重力和绳拉力的合力C．重力和绳拉力的合力沿绳方向的分力D．绳子拉力和重力沿绳方向的分力的合力
【答案】CD【解析】如图所示，对小球进行受力分析，它受重力和绳子拉力的作用，向心力是指向圆心方向的合力．因此，可以说向心力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，故C、D正确．
4．(2021年湛江名校模拟)一段内径均匀、内表面光滑的弧形水管置于水平面，当管道中通有流量稳定的水流，水流方向a流向b，则关于水流对管道的作用力方向正确的是(　　)【答案】A
【解析】水在圆弧管道内做匀速圆周运动，根据圆周运动的条件可知，水受到的合外力提供向心力，所以水流受到的合外力的方向向右，结合牛顿第三定律可知水流对管道的作用力方向向左，故A正确，B、C、D错误．
5．如图所示，半球形金属壳竖起固定旋转，开口向上，半径为R，质量为m的物块，沿着金属壳内壁滑下，滑到最低点时速度大小为v.若物块与球壳之间的动摩擦因数为μ，则物块在最低点时，下列说法正确的是(　　)