人教版（2019）高中物理必修第二册第六章第2节《向心力》课件

必修第二册第六章第2节向心力学习目标圆周运动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？问题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。思考与讨论那么迫使物体做匀速圆周运动的合力有何特点呢？向心力定义：做匀速圆周运动的物体所受的合力总指向圆心。这个指向圆心的力就叫作向心力（centripetal force）方向：始终沿着半径方向指向圆心，不改变线速度的大小，方向时刻改变。作用：只改变线速度的方向，不改变线速度的大小。来源:向心力是效果力,任何性质的力都可以作为向心力.也可以是几个力的合力，还可以是某个力的分力。探究向心力的来源F合＝F引 ＝Fn 1.人造卫星绕地球运行人造卫星绕地球做（近似）匀速圆周运动卫星受到地球的引力充当向心力卫星受到的合力充当向心力探究向心力的来源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.探究向心力的来源ω3.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物体所受支持力充当向心力探究向心力的来源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4.圆锥摆做匀速圆周运动探究向心力的来源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竖直方向水平方向5.小球在光滑玻璃漏斗中做匀速圆周运动物体所受支持力在水平方向上的分力充当向心力 Fn cosθ =G F合＝Fn sinθ = Gtan θ 探究向心力的来源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）竖直方向水平方向6.玻璃球沿透明碗的内壁做匀速圆周运动玻璃球所受内壁支持力在水平方向上的分力充当向心力 Fn cosθ =G F合＝Fn sinθ = Gtan θ 易错辨析1.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。感受向心力做一做如图6.2-3所示，在绳子的一端拴一个小沙袋（或其他小物体），另一端握在手中。将手举过头顶，使沙袋在水平面内做圆周运动。此时，沙袋所受的向心力近似等于手通过绳对沙袋的拉力。换用不同质量的沙袋，并改变沙袋转动的速度和绳的长度，感受向心力的变化。感受向心力分步感知和猜想猜想：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。实验探究向心力演示器如图6.2-4所示。匀速转动手柄1，可以使变速塔轮2和3以及长槽4和短槽5随之匀速转动，槽内的小球也随着做匀速圆周运动。使小球做匀速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，通过横臂的杠杆作用使弹簧测力套筒7下降，从而露出标尺8。根据标尺8上露出的红白相间等分标记，可以粗略计算出两个球所受向心力的比值。用上面介绍的器材研究向心力大小与物体的质量、速度和轨道半径的关系时，怎样才能在改变某个物理量时保持其他物理量不变？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的关系视频演示实验结论实验结论：物体做圆周运动所需的向心力的大小,在半径和角速度一定时,与质量成正比;在质量和半径一定时,与角速度的平方成正比;在质量和角速度一定时,与半径成正比.用圆锥摆粗略探究向心力的表达式实验二实验原理1.实验的基本原理？2.实验需要的器材？钢球、细线、白纸、秒表、直尺O'3.实验需要测量的数据有哪些？如何测量？F合＝mg tanθ从运动的角度求得Fn ；从受力的角度求得F合 ；将Fn 和F合 进行比较验证：g/h=(2πn/t)2转n圈数所用时间t、h注意事项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数据记录验证：g/h=(2πn/t)2实验视频变速圆周运动和一般曲线运动的受力特点变速圆周运动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。变速圆周运动的受力图6.2-5表示做圆周运动的沙袋正在加速转动的情况。O是沙袋运动轨迹的圆心，F是绳对沙袋的拉力。根据F产生的效果，可以把F分解为两个相互垂直的分力：跟圆周相切的分力Ft和指向圆心的分力Fn。Ft与沙袋运动的速度同向，使沙袋的速度越来越大； Fn指向圆心，提供沙袋做圆周运动所需的向心力，改变沙袋速度的方向。变速圆周运动的受力速度增大的圆周运动速度减小的圆周运动向心分力Fn ，产生向心加速度an，只改变线速度方向。切向分力Fτ ，产生切向加速度aτ，改变线速度的大小。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。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 一般曲线运动运动轨迹既不是直线也不是圆周的曲线运动，可以称为一般的曲线运动。尽管这时曲线各个位置的弯曲程度不一样，但在研究时，可以把这条曲线分割为许多很短的小段，质点在每小段的运动都可以看作圆周运动的一部分（图6.2-6）。这样，在分析质点经过曲线上某位置的运动时，就可以采用圆周运动的分析方法来处理了。变速圆周运动与匀速圆周运动的对比1.从向心力的来源看匀速圆周运动：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2.从加速度的角度看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联系与应用1. 地球质量为6.0×1024 kg，地球与太阳的距离为1.5×1011 m。地球绕太阳的运动可以看作匀速圆周运动。太阳对地球的引力是多少？2. 把一个小球放在玻璃漏斗中，晃动漏斗，可以使小球在短时间内沿光滑的漏斗壁在某一水平面内做匀速圆周运动（图6.2-7）。小球的向心力是由什么力提供的？联系与应用3. 如图6.2-8所示，一个圆盘在水平面内匀速转动，角速度是4 rad/s。盘面上距圆盘中心0.10 m的位置有一个质量为0.10 kg的小物体在随圆盘一起做匀速圆周运动。（1）求小物体所受向心力的大小。（2）关于小物体所受的向心力，甲、乙两人有不同意见：甲认为该向心力等于圆盘对小物体的静摩擦力，指向圆心；乙认为小物体有向前运动的趋势，静摩擦力方向和相对运动趋势方向相反，即向后，而不是和运动方向垂直，因此向心力不可能由静摩擦力提供。你的意见是什么？说明理由联系与应用4. 如图6.2-9所示，细绳的一端固定于O点，另一端系一个小球，在O点的正下方钉个钉子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。请解释这一现象。联系与应用5. 一辆汽车在水平公路上转弯，沿曲线由M向N行驶，速度逐渐减小。图6.2-10甲、乙、丙、丁分别画出了汽车转弯时所受合力F的四种方向，你认为哪种是正确的？为什么？