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55页。PPT课件主要包含了向心力，第1课时向心力，目标体系构建，课前预习反馈，作用效果，圆周运动，课内互动探究，探究，向心力的理解及来源，探究等内容，欢迎下载使用。
1．通过实验，探究并了解匀速圆周运动向心力大小与半径、角速度、质量的关系。2．能用牛顿第二定律分析匀速圆周运动的向心力。
1．定义：做匀速圆周运动的物体所受的指向________的力。2．作用：只改变速度的________。3．来源：①向心力是按力的____________来命名的。②做匀速圆周运动的物体的向心力是由某个力或者几个力的________提供的。
『判一判』(1)做匀速圆周运动的物体的向心力是恒力。( 　　)(2)向心力和重力、弹力一样，都是根据力的性质命名的。( 　　)(3)向心力可以是物体受到的某一个力，也可以是物体受到的合力。( 　　)(4)向心力的作用是改变物体的速度方向。( 　　)(5)变速圆周运动的向心力并不指向圆心。( 　　)
『选一选』(2022·黑龙江高一下学期期中)关于向心力的说法正确的是( 　　)A．物体由于做圆周运动而产生了向心力B．向心力就是物体受到的合外力C．做匀速圆周运动的物体其向心力是不变的D．向心力不改变圆周运动物体速度的大小
解析：物体做圆周运动就需要向心力，向心力是由外界提供的，不是物体本身产生的，故A错误；匀速圆周运动中合力提供向心力，合力与向心力一定不相等，故B错误；向心力始终指向圆心，方向时刻在改变，则向心力是变化的，故C错误；向心力的方向与速度方向垂直，不改变速度的大小，只改变速度的方向，故D正确。
1．变速圆周运动的受力特点①指向圆心的分力Fn提供__________，改变物体速度的________。②沿切向方向的分力Ft改变速度的________，与速度方向相同时，物体速度________，与速度方向相反时，物体速度________。
2．一般曲线运动的受力特点①处理方法：可以把一般的曲线分割成许多________的小段，看作一小段圆弧。②用处理____________的方法研究物体在每一小段圆弧上的运动。
『想一想』如图所示，用绳子拴着小球转动。如果使小球越转越快，必须用越来越大的力拉住绳子，同时绳子也越来越接近水平。分析一下，绳子可能被拉至水平吗？答案：不可能。对小球受力分析可知，小球受重力和拉力作用，当小球做匀速圆周运动时，合力指向圆心，所以竖直方向合力为零，拉力的竖直分量和重力相平衡，因此绳子不可能被拉至水平。
要点提炼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，向心力是变力，是一个按效果命名的力。
典例剖析 (多选)如图所示，在粗糙水平木板上放一个物块，使木板和物块一起在竖直平面内沿逆时针方向做匀速圆周运动，ab为水平直径，cd为竖直直径，在运动中木板始终保持水平，物块相对于木板始终静止，重力加速度为g，则( 　　　)A．物块始终受到三个力作用B．物块受到的合力始终指向圆心C．在c、d两个位置，物块所受支持力FN＝mg，摩擦力f为零D．在a、b两个位置，物块所受摩擦力提供向心力，支持力FN＝mg
解析：物块在竖直平面内做匀速圆周运动，受到的重力与支持力在竖直方向上，c、d两个位置物块所受的向心力由重力和支持力的合力提供，摩擦力为零，重力与支持力不相等，其他时候要受到摩擦力的作用，故A、C错误；物块在竖直平面内做匀速圆周运动，合力就是向心力，匀速圆周运动的向心力指向圆心，故B正确；物块在b位置受力如图所示，因物块做匀速圆周运动，故合力指向圆心，支持力FN＝mg，摩擦力f提供向心力，同理可得，在a位置的情形相同，故D正确。
向心力可以是弹力、摩擦力，也可以是物体受到的几个力的合力或某个力的分力。匀速圆周运动中合力提供向心力，合力的方向一定指向圆心。
如图所示，一倾斜的匀质圆盘绕垂直于盘面的固定对称轴以恒定的角速度转动，盘面上离转轴一定距离处有一小物体与圆盘始终保持相对静止。下列说法正确的是( 　　)A．物体在最高点时所受静摩擦力的方向一定指向圆心B．物体在最低点时所受静摩擦力的方向可能背向圆心C．物体在最高点时所受静摩擦力可能是运动过程中的最大值D．物体在最低点时所受静摩擦力一定是运动过程中的最大值
解析： 物体在最高点时由重力沿盘面向下的分力和静摩擦力f的合力提供向心力，所以静摩擦力的方向不一定指向圆心，也可能背向圆心，A错误；物体在最低点时重力沿盘面向下的分力和静摩擦力的合力沿盘面向上，静摩擦力的方向一定指向圆心，B错误；物体在最低点时，有f－mgsin θ＝mω2r，式中θ为圆盘与水平面的夹角，ω为圆盘的角速度，r为物体的转动半径，可知此时静摩擦力是运动过程中的最大值，C错误，D正确。
匀速圆周运动的特点及处理方法
要点提炼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、频率都恒定不变；向心力大小都恒定不变，但方向时刻改变。
2．匀速圆周运动的性质(1)线速度仅大小不变而方向时刻改变，是变速运动。(2)向心力仅大小恒定而方向时刻改变，是非匀变速曲线运动。(3)匀速圆周运动具有周期性，即每经过一个周期物体都要重新回到原来的位置，其运动状态(如v、a大小及方向)也要重复原来的情况。(4)做匀速圆周运动的物体所受外力的合力大小恒定，方向总是沿半径指向圆心。
3．从动力学角度处理匀速圆周运动的思路和方法(1)匀速圆周运动问题的解题模型
(2)模型突破解决匀速圆周运动依据的规律是牛顿第二定律和匀速圆周运动的运动学公式，因此求物体所受的合力，并选择圆周运动的公式是解决这类问题的关键。此外，弄清物体圆形轨道所在的平面，明确圆心和半径也是解题的一个关键环节。
典例剖析 (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
思路引导：取物体为研究对象，画出受力分析图，找出向心力，根据牛顿第二定律解题。
由于A球运动的半径大于B球运动的半径，由①式可知A球的角速度必小于B球的角速度；由②式可知A球的线速度必大于B球的线速度；由③式可知A球的运动周期必大于B球的运动周期；由④式可知A球对筒壁的压力一定等于B球对筒壁的压力。选项A、C正确。
变速圆周运动的分析思路
要点提炼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，称为一般的曲线运动，如图所示。
3．匀速圆周运动与变速圆周运动的比较
典例剖析 一般的曲线运动可以分成很多小段，每小段都可以看成圆周运动的一部分，即把整条曲线用一系列不同半径的小圆弧来代替。如图(a)所示，曲线上的A点的曲率圆定义为：通过A点和曲线上紧邻A点两侧的两点作一圆，在极限情况下，这个圆就叫作A点的曲率圆，其半径ρ叫作A点的曲率半径。现将一物体沿与水平面成α角的方向以速度v0抛出，如图(b)所示。则在其轨迹最高点P处的曲率半径是( 　　)
思路引导：应用运动的合成与分解知识及圆周运动规律求解，充分体会一般的曲线运动的处理方法。
解析：物体做加速曲线运动，合力不为零，A错误；物体做速度大小变化的圆周运动，合力不指向圆心，合力沿半径方向的分力等于向心力，合力沿切线方向的分力使物体速度变大，即除在最低点外，物体的速度方向与合力的方向夹角为锐角，合力方向与速度方向不垂直，B、C错误，D正确。
易错点：对向心力及圆周运动的理解不透彻而致错 　　有一种叫“飞椅”的游乐项目，示意图如图所示，长为L的钢绳一端系着座椅，另一端固定在半径为r的水平转盘边缘，转盘可绕穿过其中心的竖直轴转动。当转盘以角速度ω匀速转动时，钢绳与转轴在同一竖直平面内，与竖直方向的夹角为θ。不计钢绳的重力，求转盘转动的角速度ω与夹角θ的关系(重力加速度为g)。
素养警示在应用公式F＝m时，应注意公式中各物理量的含义，m是指做圆周运动的物体的质量，v是做圆周运动的物体的线速度，r是指做圆周运动的物体运动的圆轨道半径，在实际应用中，应特别注意速度v和轨道半径r的确定。
一、向心力1．(2022·上海高一月考)如图所示，汽车在一水平公路上转弯时，汽车的运动可视为匀速圆周运动。下列关于汽车转弯时的说法正确的是( 　　)A．汽车处于平衡状态B．汽车的向心力由重力和支持力提供C．汽车的向心力由摩擦力提供D．汽车的向心力由支持力提供
解析：汽车转弯时存在向心加速度，运动状态不断变化，所以不是处于平衡状态，故A错误；汽车在水平面内做匀速圆周运动，重力和支持力都沿竖直方向，不可能提供向心力，所以提供向心力的一定是在水平方向的摩擦力，故B、D错误，C正确。
2.(2022·河北省承德高一月考)如图所示，一竖直圆盘上固定着一个质量为0.2 kg的小球(可视为质点)，小球与圆盘圆心O的距离为5 cm。现使圆盘绕过圆心O的水平轴以10 rad/s的角速度匀速转动，重力加速度g取10 m/s2，当小球运动到O点正上方时圆盘对小球的作用力为F1，当小球运动到O点正下方时圆盘对小球的作用力为F2，则( 　　)A．F1＝1 N　F2＝3 N B．F1＝2 N　F2＝4 NC．F1＝2 N　F2＝3 N D．F1＝1 N　F2＝4 N
解析：小球做匀速圆周运动，在最高点，重力和所需的向心力方向均向下，故F1一定在竖直方向，由牛顿第二定律可得F1＋mg＝mrω2，解得F1＝－1 N，即大小为1 N，方向竖直向上，在最低点，重力方向竖直向下，所需向心力竖直向上，故F2一定竖直向上，由牛顿第二定律可得F2－mg＝mrω2，解得F2＝3 N，A正确。
二、变速圆周运动和一般曲线运动的受力特点3．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受摩擦力方向可能为aD．当转盘减速转动时，P受摩擦力方向可能为b
解析：当转盘匀速转动时，P所受摩擦力提供向心力，方向指向圆心，A正确，B错误；当转盘加速转动时，P沿a方向有加速度，沿c方向也有加速度，故P所受摩擦力方向可能为b，C错误；当转盘减速转动时，P沿a的反方向有加速度，沿c方向有加速度，故其所受摩擦力方向可能为d，D错误。