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高中物理人教版 (2019)必修 第二册第六章 圆周运动2 向心力背景图课件ppt
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这是一份高中物理人教版 (2019)必修 第二册第六章 圆周运动2 向心力背景图课件ppt，共58页。PPT课件主要包含了课前·自主预习，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，不等于等内容，欢迎下载使用。
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．
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？【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．
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，细线的拉力大小等于小球重力的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？
【答案】(1)两个力，重力和绳子拉力．(2)Fn＝mgtan θ(3)根据Fn＝mω2r＝mgtan θ，r＝Lsin θ，知ω增大时，r增大．
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．
实验：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．
例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，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ω C．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 如图所示为向心力演示器，某同学用该仪器探究向心力大小与哪些因素有关，在某次实验中，使质量不同的铝球A和铁球B做圆周运动的角速度相等、半径相等，则该同学探究的是( )A．向心力的大小与质量的关系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．向心力的大小与半径的关系
【答案】A【解析】由题意知该同学控制两球做圆周运动的角速度相等、半径相等，使两球的质量不同，探究的是向心力的大小与质量的关系．
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．
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
例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 (2022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
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
例3 图甲为游乐场中一种叫“魔盘”的娱乐设施，游客坐在转动的魔盘上，当魔盘转速增大到一定值时，游客就会滑向盘边缘，其装置可以简化为图乙．若魔盘转速缓慢增大，则游客在滑动之前( )
A．游客受到魔盘的摩擦力缓慢增大B．游客始终处于平衡状态C．游客受到魔盘的支持力缓慢增大D．游客受到的合外力大小不变
【答案】A【解析】对游客受力分析如图，分别对水平方向和竖直方向列方程，水平方向fx－Nx＝mω2r，竖直方向fy＋Ny＝mg，则随着魔盘转速缓慢增大，游客需要的向心力增大，但必须保证竖直方向受力平衡，因为重力不变，则f、N两个力只能一个增大一个减小，结合水平方向，只能f增
大，N减小，A正确，C错误；滑动之前，游客在竖直方向受力平衡，水平方向的向心力即为合外力，随着转速缓慢增大，需要的向心力增大，即合外力增大，B、D错误．
变式3 如图所示，小球沿碗的光滑内壁在水平面内做匀速圆周运动，不计空气阻力．则小球受到( )A．重力B．重力和支持力C．重力和向心力D．重力、支持力和向心力【答案】B【解析】分析小球受力知，小球受重力和支持力，而向心力是重力与支持力的合力．
例4 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？
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．
科学探究——探究向心力大小的表达式
探究结论：Fn＝mω2r.
例5 (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
1．在水平面上转弯的摩托车，如图所示，向心力是( )A．重力和支持力的合力B．静摩擦力C．滑动摩擦力D．重力、支持力和牵引力的合力【答案】B【解析】摩托车在水平路面上转弯时受到重力、支持力、牵引力以及指向圆心的静摩擦力，所需的向心力由静摩擦力提供，A、C、D错误，B正确．
【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．
4．一质量为1.0 kg的物体，在水平面内做匀速圆周运动，圆周的半径为1.5 m，若其线速度大小为3.0 m/s，则它需要的向心力大小为( )A．3.0 NB．4.0 N C．6.0 ND．9.0 N【答案】C
5．上海磁浮线路的最大转弯处半径达到8 000 m，近距离用肉眼看几乎是一条直线，而转弯处最小半径也达到1 300 m．一个质量为50 kg的乘客坐在以360 km/h不变的速率行驶的车里，随车驶过半径为2 500 m的弯道，下列说法正确的是( )A．乘客受到的向心力大小约为100 NB．乘客受到的向心力大小约为539 NC．乘客受到的向心力大小约为300 ND．乘客受到的向心力大小约为200 N
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．
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？【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．
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，细线的拉力大小等于小球重力的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？
【答案】(1)两个力，重力和绳子拉力．(2)Fn＝mgtan θ(3)根据Fn＝mω2r＝mgtan θ，r＝Lsin θ，知ω增大时，r增大．
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．
实验：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．
例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，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ω C．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 如图所示为向心力演示器，某同学用该仪器探究向心力大小与哪些因素有关，在某次实验中，使质量不同的铝球A和铁球B做圆周运动的角速度相等、半径相等，则该同学探究的是( )A．向心力的大小与质量的关系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．向心力的大小与半径的关系
【答案】A【解析】由题意知该同学控制两球做圆周运动的角速度相等、半径相等，使两球的质量不同，探究的是向心力的大小与质量的关系．
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．
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
例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 (2022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
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
例3 图甲为游乐场中一种叫“魔盘”的娱乐设施，游客坐在转动的魔盘上，当魔盘转速增大到一定值时，游客就会滑向盘边缘，其装置可以简化为图乙．若魔盘转速缓慢增大，则游客在滑动之前( )
A．游客受到魔盘的摩擦力缓慢增大B．游客始终处于平衡状态C．游客受到魔盘的支持力缓慢增大D．游客受到的合外力大小不变
【答案】A【解析】对游客受力分析如图，分别对水平方向和竖直方向列方程，水平方向fx－Nx＝mω2r，竖直方向fy＋Ny＝mg，则随着魔盘转速缓慢增大，游客需要的向心力增大，但必须保证竖直方向受力平衡，因为重力不变，则f、N两个力只能一个增大一个减小，结合水平方向，只能f增
大，N减小，A正确，C错误；滑动之前，游客在竖直方向受力平衡，水平方向的向心力即为合外力，随着转速缓慢增大，需要的向心力增大，即合外力增大，B、D错误．
变式3 如图所示，小球沿碗的光滑内壁在水平面内做匀速圆周运动，不计空气阻力．则小球受到( )A．重力B．重力和支持力C．重力和向心力D．重力、支持力和向心力【答案】B【解析】分析小球受力知，小球受重力和支持力，而向心力是重力与支持力的合力．
例4 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？
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．
科学探究——探究向心力大小的表达式
探究结论：Fn＝mω2r.
例5 (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
1．在水平面上转弯的摩托车，如图所示，向心力是( )A．重力和支持力的合力B．静摩擦力C．滑动摩擦力D．重力、支持力和牵引力的合力【答案】B【解析】摩托车在水平路面上转弯时受到重力、支持力、牵引力以及指向圆心的静摩擦力，所需的向心力由静摩擦力提供，A、C、D错误，B正确．
【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．
4．一质量为1.0 kg的物体，在水平面内做匀速圆周运动，圆周的半径为1.5 m，若其线速度大小为3.0 m/s，则它需要的向心力大小为( )A．3.0 NB．4.0 N C．6.0 ND．9.0 N【答案】C
5．上海磁浮线路的最大转弯处半径达到8 000 m，近距离用肉眼看几乎是一条直线，而转弯处最小半径也达到1 300 m．一个质量为50 kg的乘客坐在以360 km/h不变的速率行驶的车里，随车驶过半径为2 500 m的弯道，下列说法正确的是( )A．乘客受到的向心力大小约为100 NB．乘客受到的向心力大小约为539 NC．乘客受到的向心力大小约为300 ND．乘客受到的向心力大小约为200 N
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