高中物理人教版 (2019)必修 第二册2 向心力背景图ppt课件

这是一份高中物理人教版 (2019)必修 第二册2 向心力背景图ppt课件，共40页。PPT课件主要包含了向心力，向心力的大小，变速圆周运动，一般曲线运动，观察思考，判断向心力的来源，F向F合Ff，静摩擦力提供向心力，圆锥摆，飞椅模型等内容，欢迎下载使用。

空中飞椅，它们与人一起做匀速圆周运动。
思考：空中飞椅在运动过程中所受合力的方向有什么特点吗？
做圆周运动的物体，其运动状态不断变化，说明物体一定受到了力的作用。 那么使物体做圆周运动的力，其方向有什么特点呢？
一个小球在细线的牵引下，绕桌面上的图钉做匀速圆周运动（小球与桌面上的阻力很小，可以忽略不计）。小球受到哪几个力作用？什么力使小球做匀速圆周运动？该力的方向指向何方？
小球受到重力，桌面支持力和细线的拉力作用。
FN与G二力平衡，所以合力为FT
用剪刀将细线剪断，小球将沿切线方向飞出，做匀速直线运动。
1.定义：做匀速圆周运动的物体所受的合力总指向圆心，这个 指向圆心的力叫作向心力，用Fn表示。
2.方向：指向圆心，向心力方向与速度方向垂直，是变力。
3.作用效果：只改变速度的方向，不改变速度的大小。
4.向心力的来源：向心力是根据力的作用效果命名的，它是由 某个力或几个力的合力或某个力的分力提供的。
物体相对转盘静止，随盘做匀速圆周运动。如果圆盘光滑，物体能作圆周运动吗？物体受到哪几个力作用？什么力使它做匀速圆周运动？该力的方向指向何方？
地球绕太阳的运动可近似看作匀速圆周运动，太阳对地球的引力提供向心力。
物块随着圆桶一起匀速转动时，物块向心力的来源?
物块做匀速圆周运动时，合力提供向心力，即桶对物块的支持力。
沿光滑碗内壁做匀速圆周运动的小球，小球的受力？小球向心力的来源?
重力和支持力的合力提供向心力
用长为L的细绳一端固定，另一端系着一个小球，使小球在水平面内做匀速圆周运动，细绳与竖直方向的夹角为θ。
拉力和重力的合力提供向心力。拉力的水平分力提供向心力。
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
思考：研究向心力的大小与哪些因素有关？
实验器材：绳子、小沙袋
实验步骤：（1）在绳子的一端拴一个小沙袋，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。沙袋所受的向心力近似等于手通过绳对沙袋的拉力。
（2）保持沙袋转动的速度和绳的长度不变，改变沙袋的质量，感受向心力的变化。（3）保持绳的长度和沙袋的质量不变，改变沙袋转动的速度，感受向心力的变化。（4）保持沙袋的质量和沙袋转动的速度不变，改变绳的长度，感受向心力的变化。
通过上面的实验，可以知道 ：做圆周运动的物体所受向心力的大小与物体的质量、速度、轨道半径等因素有关系。
定量实验：向心力Fn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？
向心力Fn ：套筒下降后露出的红白格数，可以粗测向心力之比。
向心力演示器——器材介绍：
（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：
实验结论：在ω、r不变的条件下， Fn ∝ m
实验过程：控制变量的方法
（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：
实验结论：在ω、m不变的条件下， Fn ∝ r
（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：
实验结论：在m、r不变的条件下， Fn ∝ ω2
向心力: Fn＝mω2r
图6.2-5表示做圆周运动的沙袋正在加速转动的情况。O是沙袋运动轨迹的圆心，F是绳对沙袋的拉力。根据F产生的效果，可以把F分解为两个相互垂直的分力：跟圆周相切的分力Ft和指向圆心的分力Fn。Ft与沙袋运动的速度同向，使得沙袋的速度越来越大；Fn指向圆心，提供沙袋做圆周运动所需的向心力，改变沙袋速度的方向。
三、变速圆周运动的受力特点
例2：一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？
（1）定义：运动轨迹既不是直线也不是圆周的曲线运动，可以称为一般的曲线运动。（2）研究方法：采用圆周运动的分析方法来处理
这样，在分析质点经过曲线上某位置的运动时，就可以采用圆周运动的分析方法来处理了。
四、一般的曲线运动的受力特点
2.方向：总是沿着半径指向圆心，向心力方向与速度方向垂直，是变力。
4.向心力的来源：向心力是根据力的作用效果命名的，它是由 某个力或几个力的合力提供的。
例1 如图所示，用细线拴一小球，细线的另一端固定在天花板上，使小球在水平面内做匀速圆周运动，小球所受到的向心力是 （ ）A. 0B. 小球的重力C. 细线对小球的拉力D. 重力与细线对小球拉力的合力
向心力的概念理解及来源分析
[变式训练1]　(多选)下列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一个向心力B．向心力不改变圆周运动中物体线速度的大小C．做匀速圆周运动的物体其向心力即为其所受的合外力D．做圆周运动的物体所受各力的合力一定充当向心力。
1.影响向心力大小的因素：物体的质量、速度、轨道半径。
2.向心力的大小： Fn＝mω2r
匀速圆周运动中向心力的计算
例2 图甲为游乐园中“空中飞椅”的游戏设施，若将人和座椅看成一个质点，则可简化为如图乙所示的物理模型，其中P为处于水平面内的转盘，可绕竖直转轴OO′转动，设绳长l＝10 m，质点的质量m＝60 kg，转盘静止时质点与转轴之间的距离d＝4.0 m，转盘逐渐加速转动，经过一段时间后质点与转盘一起做匀速圆周运动，此时绳与竖直方向的夹角θ＝37°，不计空气阻力及绳重，且绳不可伸长，sin37°＝0.6，cs37°＝0.8，g＝10 m/s2，求质点与转盘一起做匀速圆周运动时：(1)绳子拉力的大小；(2)转盘角速度的大小。
匀速圆周运动的解题步骤(1)明确研究对象，确定物体在哪个平面内做匀速圆周运动，明确圆心和半径r。(2)对研究对象进行受力分析，分析向心力的来源，明确向心力是由什么力提供的。(3)确定a、v、ω等物理量中什么是已知或要求的，选择合适的公式列式求解。(4)根据牛顿第二定律F合＝Fn列方程，求解。
【变式训练2】 (多选)如图所示，在水平转台上放一个质量M＝2 kg的木块，它与转台间的最大静摩擦力为Fmax＝6.0 N，绳的一端系在木块上，另一端通过转台的中心孔O(孔光滑)悬挂一个质量m＝1.0 kg的物体，当转台以角速度ω＝5 rad/s匀速转动时，木块相对转台静止，则木块到O点的距离可以是(g取10 m/s2，木块、物体均视为质点)(　　)A．0.04 m B．0.08 m C．0.16 m D．0.32 m
1.变速圆周运动：变速圆周运动所受合外力产生两个方面的效果，如图所示。①跟圆周相切的分力Ft：此分力与速度方向共线，可以改变线速度的大小。②指向圆心的分力Fn：此分力指向圆心，提供圆周运动所需的向心力，只改变速度的方向。
1. 一般的曲线运动：运动轨迹既不是直线 ，也不是 圆周的曲线运动。
2.一般的曲线运动，可以把曲线分割成许多很短的小段，每一小段可看做一小段圆弧 。这样，在分析质点经过曲线上某位置的运动时，就可以采用圆周运动的分析方法来处理了。
例3 如图所示，质量为1 kg的小球用细绳悬挂于O点，将小球拉离竖直位置释放后，到达最低点时的速度为2 m/s，已知球心到悬点的距离为1 m，重力加速度g＝10 m/s2，求小球在最低点时对绳的拉力的大小。
练习1 如图，半径为r的圆筒绕竖直中心轴转动，小橡皮块紧帖在圆筒内壁上，它与圆筒的摩擦因数为μ，现要使小橡皮不落下，则圆筒的角速度至少多大？（设最大静摩擦力等于滑动摩擦力）
解析：小橡皮受力分析如图。
小橡皮恰不下落时，有： Ff=mg其中：Ff=μFN而由向心力公式： FN=Fn=mω2r解以上各式得：
练习2 小球做圆锥摆时，细绳长 L，与竖直方向成 θ 角，求小球做匀速圆周运动的角速度 ω 。
小球做圆周运动的半径 R = Lsin θ
解：小球的向心力由 FT 和 G 的合力提供
即 ：mgtan θ = mω2Lsin θ
F向 = F = mgtan θ