高中物理鲁科版 (2019)必修 第二册第2节 科学探究:向心力教学课件ppt
展开3.2 科学探究:向心力
这些物体为什么会做圆周运动?
①小球受哪些力?②小球的受力有何特点?
轻绳栓一小球,在光滑水平面做匀速圆周运动。
G
FN
F
小球受力分析:
O
FN与G互相平衡,所以合力为线的拉力F
F
G
O
若小球在绳的拉力作用下在竖直平面内作圆周运动,它的受力又有何特点?
结论:圆周切线方向的合外力用来改变线速度的大小,法线方向上的合外力用来改变线速度的方向。
1、定义:做圆周运动的物体一定要受一个始终指向圆心等效力的作用,这个力叫向心力。
一、向心力
(2)向心力的方向是沿着半径指向圆心,因此向心力只改变线速度的方向,不改变线速度的大小。
2、特点:
(1)向心力是根据力的作用效果来命名的力, 不是一种新的性质的力。它通常由重力、弹力、摩擦力来提供,或由这些力的合力或分力来提供。
(3)对做匀速圆周运动的物体,向心力就是物体所受合外力;对做变速圆周运动的物体,向心力就是物体沿法线方向上所受合外力。
物体随盘一起做匀速圆周运动
木块受到哪些力的作用?
木块做圆周运动所需向心力由什么力提供?
圆锥摆做匀速圆周运动
小球受到哪些力的作用?
向心力由什么力提供?
结论:向心力由拉力F和重力G的合力提供
人 造 卫 星 绕 地 球 运 行
玻璃球沿碗壁做匀速圆周运动
G
FN
F合
4、向心力大小:
(1)演示实验:用向心力演示器演示
猜想:向心力大小可能与 _________________ 因素有关
质量、
半径、
角速度
向心力演示器的结构
工作原理
工作原理:小球向外压挡板,挡板对小球的反作用力指向转轴,提供了小球做匀速圆周运动的向心力,两力大小相等,同时小球压挡板的力使挡板另一端压缩套在轴上的弹簧,弹簧被压缩的格数可以从标尺中读出,即显示了向心力大小。
实验方法——控制变量法
1、F与m的关系
保持r、ω一定
保持ω 、m一定
3、F与ω 的关系
保持m、 r一定
2、F与r的关系
m大,F也大
ω 大,F也大
r大,F也大
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。
(1)向心加速度由谁产生?方向如何?
(3)怎样推导向心加速度的公式?
(2)加速度是描述速度变化快慢的物理量,那么向心加速度是描述什么的物理量?
阅读后思考?
向心加速度是描述速度方向变化快慢的物理量
向心加速度由向心力产生,据牛顿运动定律知道:这个加速度的方向与向心力的方向相同
二、向心加速度
推导: 向心加速度的大小与方向
根据牛顿第二定律: F合= m a
或
a与r究竟是成正比呢,还是成反比?
三、对匀速圆周运动的进一步认识
1、匀速圆周运动的特点:
是一种变加速曲线运动。
2、匀速圆周运动的性质:
ω、T、f恒定不变,v、a、 大小不变,方向时刻改变。
1 、关于向心力的说法中正确的是( )A.物体受到合外力指向圆心时物体做匀速圆周运动B.向心力是指向圆心方向的合力,是根据力的作用效果命名的C.向心力可以是重力、弹力、摩擦力等各种力的合力,也可以是其中某一个力或某一个力的分力D.向心力只改变物体运动的方向,不可能改变物体运动的快慢
ABCD
练习
2、关于质点做匀速圆周运动的下列说法中,错误的是( ) A.由a= 可知,a与r成反比 B.由a= 可知,a与r成正比 C.由v= ωr 知,当ω恒定时V与r成正比 D.由ω=2πn 可知,ω与n成正比
AB
3、 长为L的细线,栓一质量为m的小球,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,摆线L与竖直方向的夹角为Q。 求 :(1)细线的拉力。(2)小球运动的线速度的大小。(3)小球运动的周期。
4、 如图所示,一个内壁光滑的圆锥筒的轴线垂直于水平面,圆锥筒固定不动,有两个质量相同的小球A和B紧贴着内壁分别在图中所示的水平面内做匀速圆周运动。则下列说法正确的是( )A.球A的线速度必定大于球B的线速度B.球A的角速度必定小于球B的角速度C.球A的运动周期必定小于球B的运动周期D.球A对筒壁的压力必定大于球B对筒壁的压力
5、 一质量为m的物体,用长为L的细线悬挂于O点,在O点正下方L/2处钉有一根长钉,把悬线沿水平方向拉直后无初速释放,当细线碰到钉子瞬间( )A.小球的线速度突然增大 B.小球的角速度突然增大C.小球的向心加速度突然增大 D.悬线拉力突然增大
课 堂 小 结
一、 向心力: ⑴ 大小: ⑵ 方向: 沿半径指向圆心,是变力 ⑶ 特点: F ⊥v , 方向不断变化 ⑷ 来源: 重力、弹力、摩擦力或几个力沿半径方向的合力
F=mrω2
二、 向心加速度: ⑴ 大小: a = rω2 或 ⑵ 方向: 沿半径指向圆心,方向不断 变化,是变加速运动。 ⑶ 物理意义: 表示速度方向变化快慢的物理量。
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