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高中物理人教版 (2019)必修 第二册2 向心力优质ppt课件
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这是一份高中物理人教版 (2019)必修 第二册2 向心力优质ppt课件，文件包含62向心力课件-pptx、62向心力解析版docx、62向心力原卷版docx等3份课件配套教学资源，其中PPT共57页， 欢迎下载使用。
变速圆周运动和一般曲线运动的受力特点
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。飞椅与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?
飞椅与人一起做匀速圆周运动的过程中，受到哪些力的作用？合力有什么特点？
线速度的大小处处相等的圆周运动叫做匀速圆周运动
匀速圆周运动的速度方向在不断变化
做匀速圆周运动的物体所受合外力不为零
光滑桌面上一个小球由于细线的牵引，绕桌面上的图钉做匀速圆周运动。小球受到几个力的作用？这几个力的合力沿什么方向？
匀速圆周运动的物体向心力方向，根据牛顿第二定律，加速度方向和合外力方向一致指向圆心
结论：做匀速圆周运动的物体，合力始终指向圆心，与速度v垂直。
做匀速圆周运动的物体，其运动状态在不断变化，说明物体一定受到了力的作用。
那么迫使物体做匀速圆周运动的合力有何特点呢？
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。
3.方向：指向圆心(方向时刻变化)，向心力方向与速度方向垂直，是变力。
4.作用效果：只改变速度的方向，不改变速度的大小。
如图所示，在绳子的一端拴一个小球，另一端握在手中。将手举过头顶，使小球在水平面内做圆周运动。此时，小球所受的向心力近似等于手通过绳对小球的拉力。换用不同质量的小球，并改变小球转动的速度和绳的长度，感受向心力的变化。
猜想：向心力大小可能与小球质量、转动速度、转动半径有关。
1.保持小球转动的速度和绳的长度不变，改变小球的质量，感受向心力的变化。
2.保持绳的长度和小球的质量不变，改变小球转动的速度，感受向心力的变化。
3.保持小球的质量和小球转动的速度不变，改变绳的长度，感受向心力的变化。
猜想：向心力大小可能与 _______________________________ 有关
2、演示实验：用向心力演示器演示
探究向心力大小的表达式
3、实验器材：向心力演示器
匀速转动手柄，可使塔轮、长槽和短槽匀速转动，槽内的小球也就随之做匀速圆周运动。挡板对小球的作用力提供了小球做匀速圆周运动的向心力。同时，小球挤压挡板的力使挡板另一端压缩测力套筒的弹簧，压缩量可从标尺上读出，该读数即显示了向心力的大小。
实验结论: 物体做圆周运动需要的向心力与物体质量成正比，与半径成正比，与角速度的二次方成正比。
3.实验需要测量的数据有哪些？如何测量？
验证：g/h=(2πn/t)2
从运动的角度求得Fn ；从受力的角度求得F合 ；将Fn 和F合 进行比较
钢球、细线、白纸、秒表、直尺
转n圈数所用时间t、h
实验：用圆锥摆粗略验证向心力的表达式
1. h 并不等于纸面距悬点的高度
2. 小球与纸面不能接触
3. 测 t 时不能太久
4. 启动小球时应确保小球做的是 匀速圆周运动
地球绕太阳运行、人造卫星绕地球运行——万有引力提供向心力
1.人造卫星绕地球运行(地球绕太阳运转)
F合＝F引 ＝Fn
人造卫星绕地球做（近似）匀速圆周运动
卫星受到地球的引力（合力）充当向心力
转台与物体间没有发生相对滑动
2.木块随盘做匀速圆周运动
即小物块所受静摩擦力充当向心力
小物块所受重力、支持力和静摩擦力三个力的合力充当向心力
F合＝f = Fn
3.物块随着圆桶一起匀速转动
F合＝FN = Fn
滚筒洗衣机中物体随滚筒一起匀速转动
物体所受重力、摩擦力和支持力的合力充当向心力。
即物体所受支持力充当向心力
小球所受绳子拉力和重力的合力充当向心力
小球绕中心做匀速圆周运动
4.圆锥摆做匀速圆周运动
F合＝mgtanθ = Fn
也可以说成拉力F在水平方向的分力充当向心力
小球在某一平面做匀速圆周运动
物体所受重力和支持力的合力充当向心力
5.小球在光滑玻璃漏斗中做匀速圆周运动
即物体所受支持力在水平方向上的分力充当向心力
竖直方向:FN csθ＝mg水平方向:F合= FN sinθ=mgtanθ =mω2r
玻璃球所受重力和内壁的支持力的合力充当向心力
在水平面内做匀速圆周运动（不计摩擦）
6.玻璃球沿透明碗的内壁做匀速圆周运动
即玻璃球所受内壁支持力在水平方向上的分力充当向心力
竖直方向：FN csθ＝mg水平方向： F合= FN sinθ=mgtanθ =mω2 R sinθ
1.向心力的来源：向心力可以是重力、弹力、摩擦 力等各种性质的力，也可以是几个力的合力，还可以是某个力的分力。物体做匀速圆周运动时，由合力提供向心力。
2.向心力是根据作用效果命名的，并不是一种新的性质的力。
3.向心力不是物体真实受到的一个力，不能说物体受到向心力的作用，只能说某个力或某几个力提供了向心力。受力分析时绝对不能出现向心力。
【例题】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
【例题】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？
解：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 = mω2r解以上各式得：
【例题】 如图，细绳的一端固定在O点，另一端系一个小球，在O点的正下方钉一个钉子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，钉子的位置越靠近小球，绳就越容易断。请你利用向心力的知识解释这一现象。
运动员抛出链球的过程中，使链球越转越快，在链球速度比较大的时候，抛出链球，使链球运动的更远。
这个过程中链球做变速圆周运动。
想一想：做变速圆周运动的物体，其受力情况如何呢？
匀速圆周运动所受的合力提供向心力，方向始终指向圆心；如果一个沿圆周运动的物体所受的合力不指向圆心，还能做匀速圆周运动吗？
当沿圆周运动的物体所受的合力不指向圆心时，物体做变速圆周运动。
向心分力Fn ，产生向心加速度an，只改变线速度的方向。
切向分力Fτ ，产生切向加速度aτ，改变线速度的大小。
物体做变速圆周运动时：
当合外力与速度夹锐角时，物体线速度增加
当合外力与速度夹钝角时，物体线速度减小
物体做变速圆周运动的受力条件：
当做圆周运动的物体所受合力不指向圆心时，物体做变速圆周运动。
运动轨迹既不是直线也不是圆周的曲线运动，可以称为一般曲线运动。
研究方法：把一般曲线分割为许多极短的小段，每一段都可以看作一小段圆弧。这些圆弧的弯曲程度不一样，表明它们具有不同的曲率半径。在分析质点经过曲线上某位置的运动时可以采用圆周运动的分析方法进行处理。
匀速圆周运动：合外力全部用来提供向心力 变速圆周运动：合外力部分用来提供向心力
仅有向心加速度的圆周运动是匀速圆周运动 同时具有向心加速度和切向加速度的圆周运动是变速圆周运动
变速圆周运动和匀速圆周运动
【例题】如图所示，物块P置于水平转盘上随转盘一起运动，图中c方向沿半径指向圆心，a方向与c方向垂直.当转盘逆时针转动时，下列说法正确的是（ ）A.当转盘匀速转动时，P所受摩擦力方向为cB.当转盘匀速转动时，P不受转盘的摩擦力C.当转盘加速转动时，P所受摩擦力方向可能为aD.当转盘减速转动时，P所受摩擦力方向可能为b
【典例】物体做匀速圆周运动的条件是( ) A.物体有一定的初速度，且受到一个始终和初速度垂直的恒力作用 B.物体有一定的初速度，且受到一个大小不变，方向变化的力的作用 C.物体有一定的初速度，且受到一个方向始终指向圆心的力的作用D.物体有一定的初速度，且受到一个大小不变，方向始终跟速度垂直的力的作用
【典例】关于向心力说法中正确的是（ ）A.物体由于做圆周运动而产生的力叫向心力B.向心力不改变速度的大小C.做匀速圆周运动的物体所受向心力是不变的D.向心力是除物体所受重力、弹力以及摩擦力以外的一种新的力
【典例】如图所示，两个质量不同的小球用长度不等的细线拴在同一点，并在同一水平面内做匀速圆周运动，则它们的 （ ）
A．周期相同 B．线速度的大小相等C．细线的拉力大小相等D．向心加速度的大小相等
【典例】（多选）用细线拴住一球做匀速圆周运动，下列说法中正确的是（ ）A.在线速度一定情况下，线越长越易断B.在线速度一定情况下，线越短越易断C.在角速度一定情况下，线越长越易断D.在角速度一定情况下，线越短越易断
【典例】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,在相同时间内甲转过4周，乙转过3周.则它们的向心力之比为（ ）A.1∶4 B.2∶3 C.4∶9 D.9∶16
【典例】一个物体做匀速圆周运动，在运动过程中一定不发生变化的物理量是（ ）A．向心力 B．线速度 C．角速度 D．合外力
【典例】如图示，在光滑水平面上，一质量为m的小球在绳的拉力作用下做半径为r的匀速圆周运动，小球运动的线速度为v，则绳的拉力F大小为（ ）
C．mvr D．mvr2
【典例】(多选)一个内壁光滑的圆锥筒的轴线是竖直的，圆锥固定，有质量相同的两个小球A和B贴着筒的内壁在水平面内做匀速圆周运动，如图所示，A的运动半径较大，则（ ）A．A球的角速度必小于B球的角速度B．A球的线速度必小于B球的线速度C．A球运动的周期必大于B球运动的周期D．A球对筒壁的压力必大于B球对筒壁的压力
【典例】如图所示，长为L的轻杆，一端固定一个质量为m的小球，另一端固定在水平转轴O上，杆随转轴O竖直平面内匀速转动，角速度为ω，某时刻杆对球的作用力恰好与杆垂直，则此时杆与水平面的夹角是（ ）
【典例】质量为25kg的小孩坐在秋千上，小孩离系绳子的横梁2.5m。如果秋千板摆到最低点时，小孩运动的速度大小是5m/s，求此时她对秋千板的压力是多大？
【典例】如图所示，置于圆形水平转台边缘的小物块随转台加速转动，当转速达到某一数值时，物块恰好滑离转台开始做平抛运动。现测得转台半径R＝0.5 m，离水平地面的高度H＝0.8 m，物块平抛落地过程水平位移的大小s＝0.4 m。设物块所受的最大静摩擦力等于滑动摩擦力，取重力加速度g＝10 m/s2。求：
（1）物块做平抛运动的初速度大小v0；（2）物块与转台间的动摩擦因数μ．
变速圆周运动和一般曲线运动的受力特点
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。飞椅与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?
飞椅与人一起做匀速圆周运动的过程中，受到哪些力的作用？合力有什么特点？
线速度的大小处处相等的圆周运动叫做匀速圆周运动
匀速圆周运动的速度方向在不断变化
做匀速圆周运动的物体所受合外力不为零
光滑桌面上一个小球由于细线的牵引，绕桌面上的图钉做匀速圆周运动。小球受到几个力的作用？这几个力的合力沿什么方向？
匀速圆周运动的物体向心力方向，根据牛顿第二定律，加速度方向和合外力方向一致指向圆心
结论：做匀速圆周运动的物体，合力始终指向圆心，与速度v垂直。
做匀速圆周运动的物体，其运动状态在不断变化，说明物体一定受到了力的作用。
那么迫使物体做匀速圆周运动的合力有何特点呢？
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。
3.方向：指向圆心(方向时刻变化)，向心力方向与速度方向垂直，是变力。
4.作用效果：只改变速度的方向，不改变速度的大小。
如图所示，在绳子的一端拴一个小球，另一端握在手中。将手举过头顶，使小球在水平面内做圆周运动。此时，小球所受的向心力近似等于手通过绳对小球的拉力。换用不同质量的小球，并改变小球转动的速度和绳的长度，感受向心力的变化。
猜想：向心力大小可能与小球质量、转动速度、转动半径有关。
1.保持小球转动的速度和绳的长度不变，改变小球的质量，感受向心力的变化。
2.保持绳的长度和小球的质量不变，改变小球转动的速度，感受向心力的变化。
3.保持小球的质量和小球转动的速度不变，改变绳的长度，感受向心力的变化。
猜想：向心力大小可能与 _______________________________ 有关
2、演示实验：用向心力演示器演示
探究向心力大小的表达式
3、实验器材：向心力演示器
匀速转动手柄，可使塔轮、长槽和短槽匀速转动，槽内的小球也就随之做匀速圆周运动。挡板对小球的作用力提供了小球做匀速圆周运动的向心力。同时，小球挤压挡板的力使挡板另一端压缩测力套筒的弹簧，压缩量可从标尺上读出，该读数即显示了向心力的大小。
实验结论: 物体做圆周运动需要的向心力与物体质量成正比，与半径成正比，与角速度的二次方成正比。
3.实验需要测量的数据有哪些？如何测量？
验证：g/h=(2πn/t)2
从运动的角度求得Fn ；从受力的角度求得F合 ；将Fn 和F合 进行比较
钢球、细线、白纸、秒表、直尺
转n圈数所用时间t、h
实验：用圆锥摆粗略验证向心力的表达式
1. h 并不等于纸面距悬点的高度
2. 小球与纸面不能接触
3. 测 t 时不能太久
4. 启动小球时应确保小球做的是 匀速圆周运动
地球绕太阳运行、人造卫星绕地球运行——万有引力提供向心力
1.人造卫星绕地球运行(地球绕太阳运转)
F合＝F引 ＝Fn
人造卫星绕地球做（近似）匀速圆周运动
卫星受到地球的引力（合力）充当向心力
转台与物体间没有发生相对滑动
2.木块随盘做匀速圆周运动
即小物块所受静摩擦力充当向心力
小物块所受重力、支持力和静摩擦力三个力的合力充当向心力
F合＝f = Fn
3.物块随着圆桶一起匀速转动
F合＝FN = Fn
滚筒洗衣机中物体随滚筒一起匀速转动
物体所受重力、摩擦力和支持力的合力充当向心力。
即物体所受支持力充当向心力
小球所受绳子拉力和重力的合力充当向心力
小球绕中心做匀速圆周运动
4.圆锥摆做匀速圆周运动
F合＝mgtanθ = Fn
也可以说成拉力F在水平方向的分力充当向心力
小球在某一平面做匀速圆周运动
物体所受重力和支持力的合力充当向心力
5.小球在光滑玻璃漏斗中做匀速圆周运动
即物体所受支持力在水平方向上的分力充当向心力
竖直方向:FN csθ＝mg水平方向:F合= FN sinθ=mgtanθ =mω2r
玻璃球所受重力和内壁的支持力的合力充当向心力
在水平面内做匀速圆周运动（不计摩擦）
6.玻璃球沿透明碗的内壁做匀速圆周运动
即玻璃球所受内壁支持力在水平方向上的分力充当向心力
竖直方向：FN csθ＝mg水平方向： F合= FN sinθ=mgtanθ =mω2 R sinθ
1.向心力的来源：向心力可以是重力、弹力、摩擦 力等各种性质的力，也可以是几个力的合力，还可以是某个力的分力。物体做匀速圆周运动时，由合力提供向心力。
2.向心力是根据作用效果命名的，并不是一种新的性质的力。
3.向心力不是物体真实受到的一个力，不能说物体受到向心力的作用，只能说某个力或某几个力提供了向心力。受力分析时绝对不能出现向心力。
【例题】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
【例题】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？
解：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 = mω2r解以上各式得：
【例题】 如图，细绳的一端固定在O点，另一端系一个小球，在O点的正下方钉一个钉子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，钉子的位置越靠近小球，绳就越容易断。请你利用向心力的知识解释这一现象。
运动员抛出链球的过程中，使链球越转越快，在链球速度比较大的时候，抛出链球，使链球运动的更远。
这个过程中链球做变速圆周运动。
想一想：做变速圆周运动的物体，其受力情况如何呢？
匀速圆周运动所受的合力提供向心力，方向始终指向圆心；如果一个沿圆周运动的物体所受的合力不指向圆心，还能做匀速圆周运动吗？
当沿圆周运动的物体所受的合力不指向圆心时，物体做变速圆周运动。
向心分力Fn ，产生向心加速度an，只改变线速度的方向。
切向分力Fτ ，产生切向加速度aτ，改变线速度的大小。
物体做变速圆周运动时：
当合外力与速度夹锐角时，物体线速度增加
当合外力与速度夹钝角时，物体线速度减小
物体做变速圆周运动的受力条件：
当做圆周运动的物体所受合力不指向圆心时，物体做变速圆周运动。
运动轨迹既不是直线也不是圆周的曲线运动，可以称为一般曲线运动。
研究方法：把一般曲线分割为许多极短的小段，每一段都可以看作一小段圆弧。这些圆弧的弯曲程度不一样，表明它们具有不同的曲率半径。在分析质点经过曲线上某位置的运动时可以采用圆周运动的分析方法进行处理。
匀速圆周运动：合外力全部用来提供向心力 变速圆周运动：合外力部分用来提供向心力
仅有向心加速度的圆周运动是匀速圆周运动 同时具有向心加速度和切向加速度的圆周运动是变速圆周运动
变速圆周运动和匀速圆周运动
【例题】如图所示，物块P置于水平转盘上随转盘一起运动，图中c方向沿半径指向圆心，a方向与c方向垂直.当转盘逆时针转动时，下列说法正确的是（ ）A.当转盘匀速转动时，P所受摩擦力方向为cB.当转盘匀速转动时，P不受转盘的摩擦力C.当转盘加速转动时，P所受摩擦力方向可能为aD.当转盘减速转动时，P所受摩擦力方向可能为b
【典例】物体做匀速圆周运动的条件是( ) A.物体有一定的初速度，且受到一个始终和初速度垂直的恒力作用 B.物体有一定的初速度，且受到一个大小不变，方向变化的力的作用 C.物体有一定的初速度，且受到一个方向始终指向圆心的力的作用D.物体有一定的初速度，且受到一个大小不变，方向始终跟速度垂直的力的作用
【典例】关于向心力说法中正确的是（ ）A.物体由于做圆周运动而产生的力叫向心力B.向心力不改变速度的大小C.做匀速圆周运动的物体所受向心力是不变的D.向心力是除物体所受重力、弹力以及摩擦力以外的一种新的力
【典例】如图所示，两个质量不同的小球用长度不等的细线拴在同一点，并在同一水平面内做匀速圆周运动，则它们的 （ ）
A．周期相同 B．线速度的大小相等C．细线的拉力大小相等D．向心加速度的大小相等
【典例】（多选）用细线拴住一球做匀速圆周运动，下列说法中正确的是（ ）A.在线速度一定情况下，线越长越易断B.在线速度一定情况下，线越短越易断C.在角速度一定情况下，线越长越易断D.在角速度一定情况下，线越短越易断
【典例】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,在相同时间内甲转过4周，乙转过3周.则它们的向心力之比为（ ）A.1∶4 B.2∶3 C.4∶9 D.9∶16
【典例】一个物体做匀速圆周运动，在运动过程中一定不发生变化的物理量是（ ）A．向心力 B．线速度 C．角速度 D．合外力
【典例】如图示，在光滑水平面上，一质量为m的小球在绳的拉力作用下做半径为r的匀速圆周运动，小球运动的线速度为v，则绳的拉力F大小为（ ）
C．mvr D．mvr2
【典例】(多选)一个内壁光滑的圆锥筒的轴线是竖直的，圆锥固定，有质量相同的两个小球A和B贴着筒的内壁在水平面内做匀速圆周运动，如图所示，A的运动半径较大，则（ ）A．A球的角速度必小于B球的角速度B．A球的线速度必小于B球的线速度C．A球运动的周期必大于B球运动的周期D．A球对筒壁的压力必大于B球对筒壁的压力
【典例】如图所示，长为L的轻杆，一端固定一个质量为m的小球，另一端固定在水平转轴O上，杆随转轴O竖直平面内匀速转动，角速度为ω，某时刻杆对球的作用力恰好与杆垂直，则此时杆与水平面的夹角是（ ）
【典例】质量为25kg的小孩坐在秋千上，小孩离系绳子的横梁2.5m。如果秋千板摆到最低点时，小孩运动的速度大小是5m/s，求此时她对秋千板的压力是多大？
【典例】如图所示，置于圆形水平转台边缘的小物块随转台加速转动，当转速达到某一数值时，物块恰好滑离转台开始做平抛运动。现测得转台半径R＝0.5 m，离水平地面的高度H＝0.8 m，物块平抛落地过程水平位移的大小s＝0.4 m。设物块所受的最大静摩擦力等于滑动摩擦力，取重力加速度g＝10 m/s2。求：
（1）物块做平抛运动的初速度大小v0；（2）物块与转台间的动摩擦因数μ．
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