高中物理人教版 (2019)必修 第二册向心力课文内容课件ppt

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第2课时　向心力的分析和向心力公式的应用第六章　圆周运动1.知道向心力是一种效果力，会分析向心力的来源，并能进行计算。2.知道变速圆周运动和一般曲线运动的受力分析方法。学习目标目 录CONTENTS知识点1知识点二　变速圆周运动和一般曲线运动的受力特点知识点一　向心力的大小及来源分析知识点一　向心力的大小及来源分析　　　如图所示，在匀速转动的水平圆盘上有一个相对圆盘静止的物体。(1)物体需要的向心力由什么力提供？物体所受摩擦力沿什么方向？(2)当转动的角速度变大后，物体仍与转盘保持相对静止，物体受的摩擦力大小怎样变化？提示　(1)物体随圆盘转动时受重力、弹力、静摩擦力三个力作用，其中静摩擦力指向圆心提供向心力。(2)当物体转动的角速度变大后，由Fn＝mω2r知，需要的向心力增大，静摩擦力提供向心力，所以静摩擦力也增大。1.向心力的公式Fn＝__________或Fn＝_______。mω2r2.几种常见的圆周运动向心力来源的实例分析角度1　匀速圆周运动的分析例1 如图所示，在匀速转动的圆筒内壁上，有一物体随圆筒一起转动而未滑动，当圆筒的角速度增大后，下列说法正确的是(　　)A.物体所受弹力增大，摩擦力也增大了B.物体所受弹力和摩擦力都减小了C.物体所受弹力不变，摩擦力也不变D.物体所受弹力增大，摩擦力不变D解析　物体做匀速圆周运动，合力指向圆心，对物体受力分析，受重力、竖直向上的静摩擦力、指向圆心的弹力，如图所示，重力G与静摩擦力Ff平衡，即G＝Ff，与物体的角速度无关，因为弹力FN提供向心力，即FN＝mrω2，所以当圆筒的角速度ω增大以后，需要的向心力变大，则物体所受弹力FN增大，故D正确。例2 长为L的细线，拴一质量为m的小球(小球可视为质点)，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。当摆线与竖直方向的夹角是α时，求(重力加速度为g)：(1)细线的拉力的大小；(2)小球运动的线速度的大小；(3)小球运动的角速度及周期。思路点拨　(1)应该选择的研究对象是谁？(2)确定研究对象做圆周运动的轨道平面、圆心、半径。(3)分析研究对象受到几个力作用？哪些力提供向心力？(4)根据哪些规律列方程求解？解析　以小球为研究对象，小球受重力mg和细线的拉力FT，如图所示。因为小球在水平面内做匀速圆周运动，所以小球受到的合力指向圆心O′，且是沿水平方向。CD角度2　圆周运动中的连接体问题例3 (多选)如图所示，两个小球质量相等，用一根轻绳相连，另有一根轻绳的两端分别连接O点和B点，让两个小球绕O点在光滑水平桌面上以相同的角速度做匀速圆周运动，若OB绳上的拉力为F1，AB绳上的拉力为F2，OB＝AB，则(　　)A.A处小球所受向心力为F1，B处小球所受向心力为F2B.A处小球所受向心力为F2，B处小球所受向心力为F1C.A处小球所受向心力为F2，B处小球所受向心力为F1－F2D.F1∶F2＝3∶2连接体问题，分析向心力的来源是关键，对于两个及两个以上物体的圆周运动问题，还要抓住物体之间的作用力、转动半径以及角速度等的关系。　　　　知识点二　变速圆周运动和一般曲线运动的受力特点　　　如图所示，荡秋千是小朋友很喜欢的游戏，当秋千由上向下运动时：(1)此时小朋友做的是匀速圆周运动还是变速圆周运动？(2)绳子拉力与重力的合力指向悬挂点吗？提示　(1)变速圆周运动。(2)小朋友荡到最低点时，绳子拉力与重力的合力指向悬挂点，在其他位置，合力不指向悬挂点。1.变速圆周运动做变速圆周运动的物体所受的合力并不严格指向运动轨迹的圆心。(1)跟圆周相切的分力Ft：只改变速度的______，若与速度方向______，线速度增大；若与速度方向相反，线速度减小。(2)指向圆心的分力Fn：与速度方向______，只改变速度的______。大小相同垂直方向(3)匀速圆周运动与变速圆周运动的比较不变变化变化垂直不垂直2.一般曲线运动及处理方法 (1)定义：运动轨迹既不是______也不是______的曲线运动。直线圆周(2)处理方法：一般的曲线运动，可以把曲线分割成许多很短的小段，每一小段可看作一小段______，研究质点在这一小段的运动时，可以采用__________的分析方法进行处理，如图所示。圆弧圆周运动例4 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。当转盘逆时针方向转动时，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bA解析　转盘匀速转动时，物块P所受的重力和支持力平衡，摩擦力提供其做匀速圆周运动的向心力，故摩擦力方向指向圆心O点，A项正确，B项错误；当转盘加速转动时，物块P做加速圆周运动，不仅有沿c方向指向圆心的向心力，还有指向a方向的切向力，使线速度大小增大，故摩擦力可能沿b方向，不可能沿a方向，C项错误；当转盘减速转动时，物块P做减速圆周运动，不仅有沿c方向指向圆心的向心力，还有与a方向相反的切向力，使线速度大小减小，故摩擦力可能沿d方向，不可能沿b方向，D项错误。D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提供向心力，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。(1)解决圆周运动问题要注意是匀速圆周运动还是非匀速圆周运动，匀速圆周运动合外力总是指向圆心，非匀速圆周运动合外力有时指向圆心，有时不指向圆心。(2)摩擦力可以与速度共线，也可以成任意夹角。　　　　随堂对点自测2D1.(向心力的来源及大小分析)(2024·江苏镇江市期中)链球是奥运会比赛项目，如图甲为运动员甩动链球做匀速圆周运动的动作，简化模型如图乙所示，不计空气阻力和链重，则(　　)A.链球受重力、拉力和向心力三个力的作用B.链长不变，转速越大，链条张力越小C.链长不变，转速越大，θ角越小D.转速不变，链长越大，θ角越大D2.(匀速圆周运动的连接体问题)如图所示，在光滑杆上穿着两个小球质量分别为m1、m2，且m1＝2m2，用细线把两球连起来，当盘架匀速转动时，两小球刚好能与杆保持无相对滑动，此时两小球到转轴的距离r1与r2之比为(　　)A.1∶1 B.1∶4 C.2∶1 D.1∶2解析　两球受到绳子的拉力提供向心力，所以向心力相等，角速度又相等，则有m1ω2r1＝m2ω2r2，又有m1＝2m2，由以上两式可得r1∶r2＝1∶2，故D正确。C3.(一般的曲线运动)(人教版必修第二册P30 T5改编)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A、B、C、D中分别画出了汽车转弯时所受合力F的四种方向，你认为可能正确的是(　　)解析　汽车在行驶中速度越来越小，所以汽车在轨迹的切线方向做减速运动，切线方向受力如图中的Ft所示。同时汽车做曲线运动，必有沿半径指向圆心的分力提供向心力，向心力如图中的Fn所示。汽车所受合力F为Ft、Fn的合力，故C正确。BC4.(变速圆周运动)(多选)如图所示，在光滑水平面上钉有两个钉子A和B，一根长细绳的一端系一个小球，另一端固定在钉子A上，开始时小球与钉子A、B均在一条直线上(图示位置)，且细绳的一大部分沿顺时针方向缠绕在两钉子上(俯视)。现使小球以初速度v0在水平面上沿逆时针方向做圆周运动，使两钉子之间缠绕的绳子逐渐释放，在绳子完全被释放后与释放前相比，下列说法正确的是(　　)A.小球的速度变大B.小球的角速度变小C.小球的向心力变小D.细绳对小球的拉力变大课后巩固训练3B题组一　向心力的大小和来源分析1.(2024·北京昌平高一期末)如图所示，在杂技表演中，杂技演员表演了“球内飞车”的杂技。一个由钢骨架和铁丝网构成的球壳固定在水平地面上，杂技演员骑摩托车在球壳内飞速旋转，惊险而刺激。甲演员在图中“赤道”平面做匀速圆周运动，提供向心力的是(　　)A.重力 　　　B.支持力C.摩擦力 　　　D.重力与支持力的合力对点题组练解析　甲演员在图中“赤道”平面做匀速圆周运动，提供向心力的是轨道对摩托车的支持力，故B正确。C2.如图所示，内壁光滑的竖直圆桶，绕中心轴做匀速圆周运动，一物块用细绳系着，绳的另一端系于圆桶上表面圆心，且物块贴着圆桶内表面随圆桶一起转动，则(　　)A.绳的张力可能为零B.桶对物块的弹力不可能为零C.随着转动的角速度增大，绳的张力保持不变D.随着转动的角速度增大，绳的张力一定增大解析　当物块随内壁光滑的圆桶做圆周运动时，绳的拉力的竖直分力与物块的重力保持平衡，因此绳的张力为一定值，且不可能为零，故A、D错误，C正确；当绳的水平分力提供向心力的时候，桶对物块的弹力恰好为零，故B错误。ABDA5.如图所示，质量相同的小球A、B用轻质细线悬挂在同一点O，在同一水平面内做匀速圆周运动，则(　　)A.A球的线速度一定比B球的线速度大B.A球的角速度一定比B球的角速度大C.A球的向心力一定比B球的向心力小D.A球所受细线的拉力一定比B球所受细线的拉力小AABCCBD10.(多选)如图，“旋转秋千”中的两个座椅A、B质量相等，通过相同长度的缆绳悬挂在水平的旋转圆盘上，座椅A离转轴的距离较近。不考虑空气阻力的影响，当旋转圆盘绕竖直的中心轴匀速转动，稳定后A、B都在水平面内做匀速圆周运动，则下列说法正确的是(　　)综合提升练A. 座椅B的角速度比A的大B.座椅B的向心力比A的大C.悬挂A、B的缆绳与竖直方向的夹角相等D.悬挂B的缆绳所承受的拉力比悬挂A的缆绳所承受的拉力大11.(2024·广东云浮高一统考期末)如图所示，马戏团正在上演飞车节目，杂技演员驾驶摩托车(整体可视为质点)在一个可视为球体的固定铁笼内绕铁笼的竖直直径在水平面内做匀速圆周运动，此时摩托车所在位置与铁笼中心O点的连线与水平方向的夹角θ＝30°。已知铁笼的半径R＝5.4 m，杂技演员与摩托车整体的质量m＝150 kg，不计铁笼与摩托车间的摩擦，重力加速度大小g＝10 m/s2。求：(1)请作出演员驾驶摩托车(整体可视为质点)的受力分析图；(2)摩托车对铁笼的压力大小；(3)摩托车此时行驶的速度大小。答案　(1)见解析　(2)3 000 N　(3)9 m/s解析　(1)演员驾驶摩托车的受力分析如图(2)由牛顿第二定律可得FNsin θ＝mg可得铁笼对摩托车的支持力为根据牛顿第三定律可知摩托车对铁笼的压力大小为FN′＝FN＝3 000 N。可得摩托车此时行驶的速度大小v＝9 m/s。12.(2024·广东广州高一期末)双人滑冰是2022年北京冬奥会比赛项目之一。某次训练中，男运动员以自己为轴拉着女运动员做圆周运动，若女运动员的质量为m，伸直的手臂与竖直方向的夹角为θ，转动过程中女运动员的重心做匀速圆周运动的半径为r，示意图如图所示。忽略女运动员受到的摩擦力，重力加速度为g。求：培优加强练解析　(1)女运动员刚要离开地面时，受重力和男运动员对女运动员的拉力，有Fcos θ＝mg(2)对女运动员受力分析，如图所示水平方向有竖直方向有F′cos θ＋FN＝mg