高中人教版 (2019)2 向心力课前预习ppt课件

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游乐场里的“空中飞椅”项目，飞椅和人一起做匀速圆周运动的过程中，受到了哪些力？所受合力的方向有什么特点？
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，那么迫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，绕光滑桌面上的图钉做匀速圆周运动，你认为使小球做圆周运动的力指向何方？
忽略小球受到的阻力，小球受到的合力为细线的拉力，拉力即为使小球做圆周运动的力。
由拉力的特点可以知道，拉力的方向指向圆心。
1、大量实例表明：做匀速圆周运动的物体，所受的合力总指向圆心，这个指向圆心的力就叫作向心力。
2、向心力只改变速度的方向，不改变速度的大小。
3、向心力是由某个力或者某几个力的合力提供的，是根据力的效果命名的。
例如：地球绕太阳的运动可以近似看做匀速圆周运动，太阳对地球的吸引力提供向心力，指向轨迹的圆心。
例如：飞椅与人一起做匀速圆周运动的向心力Fn则由重力G和绳子拉力F的合力提供。合力的方向指向轨迹的圆心。
如果绳子与竖直方向夹角为θ，则根据力的合成可以知道：
例题1：跟随圆盘一起做匀速圆周运动的小物体，甲认为圆盘对小物体的静摩擦力提供向心力，并指向圆心。乙认为小物体有向前运动的趋势，静摩擦力与相对运动趋势方向相反，即向后，并不和运动方向垂直，因此向心力不可能由静摩擦力提供。你的意见是什么？
如果静摩擦力消失，小物体相对于圆盘向外滑动，因此静摩擦力方向指向圆心，提供小物体做圆周运动的向心力。
物体做匀速圆周运动，如果其运动状态发生改变，那么它所需要的向心力也会发生改变。
那么，向心力的大小与哪些运动学量有关呢？
在绳子的一端栓一个小物体，另一端握在手中，使物体做圆周运动。手通过绳对物体的拉力，近似等于物体做圆周运动所需要的向心力。
在实验中，我们改变小物体转动的角速度和绳的长度，再换用不同质量的小物体，都能感受到向心力的变化。
通过这个实验，我们可以体会到向心力的大小与物体的质量，圆周运动的半径和转动的角速度有关系。
2、探究向心力大小的表达式
我们还可以利用向心力演示器进行更深入的定量探究。
影响向心力大小的因素很多，我们需要采用控制变量的方法来进行实验。
精确的实验表明，向心力的大小可以表示为：
或者根据圆周运动，线速度和角速度之间的关系：
例题2：结合我们前面提到的“空中飞椅”项目
通过受力分析，我们可以得到：
通过向心力大小与运动的关系，我们可以得到：
例题3：如图所示，细绳一端固定于O点，另一端系一个小球，在O点正下方有一个钉子A，小球从一定高度摆下，经验告诉我们，当细绳与钉子相碰时，钉子位置越靠近小球，绳子就越容易断，请解释这一现象。
小球经过最低点时，绳子与钉子相碰，小球的线速度不发生改变，对小球做受力分析，小球受重力和绳子的拉力，写出动力学方程：
1、变速圆周运动的受力特点
结合手握绳子使小物体加速转动的体会，小物体加速时，绳子牵引小物体的方向并不与小物体运动的方向垂直。
也就是说，小物体加速时，它所受的力并不指向轨迹的圆心
三、变速圆周运动和一般曲线运动的受力特点
右图表示小物体加速转动的情况。O是轨迹的圆心，F是绳子对小物体的拉力。
可以把F分解为与圆周相切的Ft和指向圆心的Fn，Ft使小物体的速度越来越大，Fn提供小物体做圆周运动所需要的向心力。
例题4：用一根细线将一个小球悬挂在O点，把细线拉至水平且绷紧，然后将小球由静止释放，在小球下落到最低点前的某时刻，我们来分析一下小球的受力情况。
2、一般曲线运动的受力特点
一般的曲线运动，各个位置的弯曲程度不同，但是可以把曲线分割成很多很短的小段，每一段都可以看做圆周的一部分，这样就可以采用圆周运动的分析方法来处理了。