高中物理人教版(新教材)必修第二册教学课件-第六章圆周运动向心力(38张)-PPT优秀课件
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第2节
学习目标
1. 了解向心力的概念，知道向心力是根据力的作用效果命名的。 2. 体验向心力的存在，会分析向心力的来源。 3. 掌握向心力的表达式，计算简单情景中的向心力。 4. 从牛顿第二定律角度理解向心力表达式。 5. 初步了解“圆锥摆粗略验证向心力的表达式”的原理。 6. 会测量、分析实验数据，获得实验结论。
Fn=m
ω2r
Fn
r
=m4Tπ22
4、变速圆周运动中的合力并非向心力
在匀速圆周运动中合力充 当向心力
常考题型
题组一 向心力的理解
题1 ［2019•陕西长安一中高一检测］如图所示，水平转台上放 着一枚硬币，当转台匀速转动时，硬币没有滑动，关于这种情况D 下硬币的受力情况，下列说法正确的是（ ） A.受重力和台面的支持力 B.受重力、台面的支持力和向心力 C.受重力、台面的支持力、向心力和静摩擦力 【D.思受路重点力拨、】台面的做支匀持速力圆和周静运摩动擦，力合力等于向心力，指向圆心。 【解析】 硬币做匀速圆周运动，合力指向圆心，对硬币受力 分析，受重力、支持力和静摩擦力，如图所示，重力和支持力 平衡，静摩擦力提供向心力。
题2［江苏卷］某同学为感受向心力的大小与哪些因素有关， 做了一个小实验：绳的一端拴一小球，手牵着在空中甩动， 使小球在水平面内做圆周运B动（如图所示），则下列说法 中正确的是（ ） A.保持绳长不变，增大角速度，绳对手的拉力将不变 B.保持绳长不变，增大角速度，绳对手的拉力将增大 C.保持角速度不变，增大绳长，绳对手的拉力将不变 D.保持角速度不变，增大绳长，绳对手的拉力将减小
圆心，还能
做匀速圆周
运动吗？
v
F合
F
n
速O 度增大
的圆周运
动
F
nO
F合
速度减 小的圆
周运动
匀速圆周运动 变速圆周运动
N F
G
F
v
F合
FO
n
合力全部 提供向心力
合力部分 提供向心力
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 一般曲线 运动。
一般曲线
运动各个
地方的弯
r
曲程度不 一样，如
【解析】
（3）钢球运动的周期T=
t n
，则钢球所需的向心力为F1=mr
4 2 T2
4m 2n2r t2
，钢球的
受力如图所示。
合力为F2=mgtan
θ=mg r ，代入数据得： h
F1=0.101 N，F2=0.098 N。
（4）在误差允许的范围内，可认为F1=F2，证明向心力的表达式正确。
高中物理人教版（2019新教材）必修 第二册 教学课 件：第 六章圆 周运动 第2节向心力(共38张PPT)
轻绳栓一小球,在光滑桌面上做匀 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?
F FN
G
小球受到重力、桌面的支持力和绳子的拉力。
重力和支持力相互抵消，合力为绳子的拉力，沿着 向圆心。
向心力
1、定义：
做匀速圆周运动的物体一定受到一个
指向圆心的合力，这个力叫做向心力
2、方向特点：
总指向圆心，沿半径方向与线速度垂 直，方向不断变化
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题9 ［2019·西安高三二模］［多选］如图所示，转台上固 定有一长为4L的水平光滑细杆，两个中心有孔的小球A、B 从细杆穿过并用原长为L的轻弹簧连接起来，小球A、B的 质量分别为3m、2m。竖C直D 转轴处于转台及细杆的中心轴 线上，当转台绕转轴匀速转动时（ ） A.小球A、B受到的向心力之比为3∶2 B.当轻弹簧长度变为2L时，小球A做圆周运动的半径为1.5L C.当轻弹簧长度变为3L时，转台转动的角速度为ω，则弹 簧的劲度系数为1.8mω2 D.如果角速度逐渐增大，则小球B先接触转台边沿
物理 量
h
n
t
g/h (2πn/t)2
第一 次
第二 次
第三
次 验证：g/h=(2πn/t)2
变速圆周运动
匀指果周体沿的的向体周受供方向一运所圆物合圆做运的 向 向 圆 个 动 受 周 体 力 心动变合 心 始 沿 的 的 运 所 不。速心 时； ，
v
合力不指向
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题组三 实验：探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系
题11［2019·河北唐山一中高一检测］如图所示，是“用圆锥摆粗略验证向心力的表达式”
几种常见的匀速圆周 运动受力图
FN
转
F静
盘
mg
几种常见的匀速圆周
运动受力图
O
θ
圆
锥
摆
F合 O'
mg
几种常见的匀速圆周运动受力图
物块随着圆桶一起匀速转动时,物块的受力?
桶对物块的支持力提供向心力
ω
f FN
G
几种常见的匀速圆周运动受力图
沿光滑漏斗或碗内壁做圆周运动的小球
N
m
θr FO
mgθ 合ω
题3［2019•广东阳春一中高一检测］ ［多选］如图所示为 游乐园中的“空中飞椅”设施，游客乘坐飞椅从启动，匀 速旋转，再到逐BC渐停止运动的过程中，下列说法正确的是 （） A.游客和飞椅的向心力等于连接飞椅的绳子的拉力 B.游客所受的合外力可能大于游客的向心力 C.当游客做匀速圆周运动时，其所受合外力的方向总是与 速度方向垂直 D.当游客做速率减小的曲线运动时，其所受合外力的方向 一定与速度方向相反
3、效果：
只改变线速度的方 向，不改变线速度 的大小
向心力是 恒力吗？
向心力的来源分析
F引
O
F合＝F引＝ 在匀速圆周运动中，合力提 Fn 供向心力
向心力的来源分析
受力分
F析N
Ff
O
mg
提供向心 力
Ff
FN mg
O
FN+mg
向心力的来源分析
T
F合 G
向心力的来源
总结:物体做匀速圆周运动时由合力提供向心力. ①向心力是根据效果命名的力,并不是一种新的 性质的力 ②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.
N R
θO
m FO mg 合 ω'
Fn= F合
向心力表达式:
F mv2 m2r m(2)2r
r
T
m(2n)2r mv
用圆锥摆验证
1、实验的基本原理？
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 2、实验需要的器材？
O 小球
所需
l F
θ
向Fn心=
v2 r
h 力m
T
钢球、细线、白纸、秒表、 直尺
题6［2019·广东执信中学高一检测］如图所示，系在细线上的小球在光滑水平桌面上做匀速圆
周运动。若小球做匀速圆周运动的轨道半径为R，细线的拉力等于小球重力的n倍，则小球的
（ C）
A.线速度大小v= ng B.线速度大小v= R
R
ng
C.角速度ω= ng
R
D.角速度ω= ngR
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tan r
tan
；因为rA>rB，所以vA>vB。
B对：由
mg tan
m 2r
，得ω=
r
g tan
，因为rA>rB，所以ωA<ωB。
C错：根据T= 2
及ωA<ωB知TA>TB。
D错：由图知，筒壁对小球的支持力F=
mg sin
，由于mA=2mB，则知FA=2FB，根据牛顿第三定律得，小球对
筒壁的压力F′A=2F′B。
2
何研究？
r
1
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。
小结
1、向心力的方向：
指向圆心
2、向心力的作用效果： 改变速度的方向
3、向心力的大小
Fn=mvr 2
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题8［2019·云南宣威九中高一检测］［多选］ 如图所示，A、B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CD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球所受向心力为F1，B球所受向心力为F2 B.A球所受向心力为F2，B球所受向心力为F1 C.A球所受向心力为F2，B球所受向心力为F1F2 D.F1∶F2=3∶2
F14 m=t 22 n 2 r
，钢球所受合力的m表g hr达式F2=
。下面是一次实验得到的数据，代入上式
计算结果F01.=101
0N.0，9F82=
N，图中细线与竖直方向的夹角θ 比较小，可认为tan
θ=sin θ。（g取9.80 m/s2，π2≈9.86，计算结果保留三位小数）
m/kg r/m
n/转
r
F合
O '
3、实验需要测量的数据有 哪些？如何测量？
G F合＝mg tanθ
转n圈数所用时
间t、h
验证： g/h=(2πn/t)2
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
O
θ
l h
r
O '
实验数据记录
题7 ［2019•河南安阳三十六中高一检测］［多选］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B圆C筒的角速度增大以后，下列说法正确的 是（ ） A.物体所受弹力增大，摩擦力增大 B.物体所受弹力增大，摩擦力不变 C.物体所受弹力和加速度都增大 D.物体所受弹力增大，摩擦力减小
t/s
h/m
0.200 0.050
50
99.0
（4）在误差允许的范围内，=可认为F1 表达式正确。
1.00 F2（选填“=”“>”或“<”），证明向心力的
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题4［多选］如图所示，一小球用细绳悬挂于O点，将其拉 离竖直位置一个角度后释放，则小球以O点为圆心做圆周运 动，CD提供运动中小球所需向心力的是（ ） A.绳的拉力 B.重力和绳拉力的合力 C.重力和绳拉力的合力沿绳方向的分力 D.绳的拉力和重力沿绳方向分力的合力
题组二 向心力的来源与计算
题5［2019•广东潮阳实验学校高一检测］［多选］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
个小球A和B紧贴内壁，且A球的质量为B球的A2B倍，分别在如图所
示的水平面内做匀速圆周运动，则（ ）
A.A球的线速度大于B球的线速度
B.A球的角速度小于B球的角速度
C.A球运动周期小于B球运动周期
【D解.析A】球对A对筒：设壁圆锥的的压顶角力为小2θ，于对B小球球有对m筒g 壁mv2 ，的得压v=力gr
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题10 ［2019·四川绵阳南山中学高一检测］有一种杂技表 演叫“飞车走壁”，由杂技演员驾驶摩托车沿光滑圆台形 表演台的侧壁高速行驶，在水平面内做匀速圆周运动。图 中粗线圆表示摩托车的行驶轨迹，轨迹离D地面的高度为h。 如果增大高度h，则下列关于摩托车的说法正确的是 （） A.对侧壁的压力FN增大 B.做圆周运动的周期T不变 C.做圆周运动的向心力Fn增大 D.做圆周运动的线速度增大
的实验，细线下面悬挂一个钢球，细线上端固定。将画着几个同心圆的白纸置于水平桌面上，
使钢球静止时恰好位于圆心。现设法使钢球沿纸上的某个圆周运动。实验步骤如下：
（1）用秒表记下钢球运动n圈的时间t。
（2）通过纸上的圆测出钢球做匀速圆周运动的半径r，并用天平测出钢球质量m。
（3）测出悬点到球心的竖直高度h，用上述测得的量分别表示钢球所需要向心力的表达式
学习目标
1. 了解向心力的概念，知道向心力是根据力的作用效果命名的。 2. 体验向心力的存在，会分析向心力的来源。 3. 掌握向心力的表达式，计算简单情景中的向心力。 4. 从牛顿第二定律角度理解向心力表达式。 5. 初步了解“圆锥摆粗略验证向心力的表达式”的原理。 6. 会测量、分析实验数据，获得实验结论。
Fn=m
ω2r
Fn
r
=m4Tπ22
4、变速圆周运动中的合力并非向心力
在匀速圆周运动中合力充 当向心力
常考题型
题组一 向心力的理解
题1 ［2019•陕西长安一中高一检测］如图所示，水平转台上放 着一枚硬币，当转台匀速转动时，硬币没有滑动，关于这种情况D 下硬币的受力情况，下列说法正确的是（ ） A.受重力和台面的支持力 B.受重力、台面的支持力和向心力 C.受重力、台面的支持力、向心力和静摩擦力 【D.思受路重点力拨、】台面的做支匀持速力圆和周静运摩动擦，力合力等于向心力，指向圆心。 【解析】 硬币做匀速圆周运动，合力指向圆心，对硬币受力 分析，受重力、支持力和静摩擦力，如图所示，重力和支持力 平衡，静摩擦力提供向心力。
题2［江苏卷］某同学为感受向心力的大小与哪些因素有关， 做了一个小实验：绳的一端拴一小球，手牵着在空中甩动， 使小球在水平面内做圆周运B动（如图所示），则下列说法 中正确的是（ ） A.保持绳长不变，增大角速度，绳对手的拉力将不变 B.保持绳长不变，增大角速度，绳对手的拉力将增大 C.保持角速度不变，增大绳长，绳对手的拉力将不变 D.保持角速度不变，增大绳长，绳对手的拉力将减小
圆心，还能
做匀速圆周
运动吗？
v
F合
F
n
速O 度增大
的圆周运
动
F
nO
F合
速度减 小的圆
周运动
匀速圆周运动 变速圆周运动
N F
G
F
v
F合
FO
n
合力全部 提供向心力
合力部分 提供向心力
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 一般曲线 运动。
一般曲线
运动各个
地方的弯
r
曲程度不 一样，如
【解析】
（3）钢球运动的周期T=
t n
，则钢球所需的向心力为F1=mr
4 2 T2
4m 2n2r t2
，钢球的
受力如图所示。
合力为F2=mgtan
θ=mg r ，代入数据得： h
F1=0.101 N，F2=0.098 N。
（4）在误差允许的范围内，可认为F1=F2，证明向心力的表达式正确。
高中物理人教版（2019新教材）必修 第二册 教学课 件：第 六章圆 周运动 第2节向心力(共38张PPT)
轻绳栓一小球,在光滑桌面上做匀 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?
F FN
G
小球受到重力、桌面的支持力和绳子的拉力。
重力和支持力相互抵消，合力为绳子的拉力，沿着 向圆心。
向心力
1、定义：
做匀速圆周运动的物体一定受到一个
指向圆心的合力，这个力叫做向心力
2、方向特点：
总指向圆心，沿半径方向与线速度垂 直，方向不断变化
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高中物理人教版（2019新教材）必修 第二册 教学课 件：第 六章圆 周运动 第2节向心力(共38张PPT)
题9 ［2019·西安高三二模］［多选］如图所示，转台上固 定有一长为4L的水平光滑细杆，两个中心有孔的小球A、B 从细杆穿过并用原长为L的轻弹簧连接起来，小球A、B的 质量分别为3m、2m。竖C直D 转轴处于转台及细杆的中心轴 线上，当转台绕转轴匀速转动时（ ） A.小球A、B受到的向心力之比为3∶2 B.当轻弹簧长度变为2L时，小球A做圆周运动的半径为1.5L C.当轻弹簧长度变为3L时，转台转动的角速度为ω，则弹 簧的劲度系数为1.8mω2 D.如果角速度逐渐增大，则小球B先接触转台边沿
物理 量
h
n
t
g/h (2πn/t)2
第一 次
第二 次
第三
次 验证：g/h=(2πn/t)2
变速圆周运动
匀指果周体沿的的向体周受供方向一运所圆物合圆做运的 向 向 圆 个 动 受 周 体 力 心动变合 心 始 沿 的 的 运 所 不。速心 时； ，
v
合力不指向
高中物理人教版（2019新教材）必修 第二册 教学课 件：第 六章圆 周运动 第2节向心力(共38张PPT)
高中物理人教版（2019新教材）必修 第二册 教学课 件：第 六章圆 周运动 第2节向心力(共38张PPT)
题组三 实验：探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系
题11［2019·河北唐山一中高一检测］如图所示，是“用圆锥摆粗略验证向心力的表达式”
几种常见的匀速圆周 运动受力图
FN
转
F静
盘
mg
几种常见的匀速圆周
运动受力图
O
θ
圆
锥
摆
F合 O'
mg
几种常见的匀速圆周运动受力图
物块随着圆桶一起匀速转动时,物块的受力?
桶对物块的支持力提供向心力
ω
f FN
G
几种常见的匀速圆周运动受力图
沿光滑漏斗或碗内壁做圆周运动的小球
N
m
θr FO
mgθ 合ω
题3［2019•广东阳春一中高一检测］ ［多选］如图所示为 游乐园中的“空中飞椅”设施，游客乘坐飞椅从启动，匀 速旋转，再到逐BC渐停止运动的过程中，下列说法正确的是 （） A.游客和飞椅的向心力等于连接飞椅的绳子的拉力 B.游客所受的合外力可能大于游客的向心力 C.当游客做匀速圆周运动时，其所受合外力的方向总是与 速度方向垂直 D.当游客做速率减小的曲线运动时，其所受合外力的方向 一定与速度方向相反
3、效果：
只改变线速度的方 向，不改变线速度 的大小
向心力是 恒力吗？
向心力的来源分析
F引
O
F合＝F引＝ 在匀速圆周运动中，合力提 Fn 供向心力
向心力的来源分析
受力分
F析N
Ff
O
mg
提供向心 力
Ff
FN mg
O
FN+mg
向心力的来源分析
T
F合 G
向心力的来源
总结:物体做匀速圆周运动时由合力提供向心力. ①向心力是根据效果命名的力,并不是一种新的 性质的力 ②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.
N R
θO
m FO mg 合 ω'
Fn= F合
向心力表达式:
F mv2 m2r m(2)2r
r
T
m(2n)2r mv
用圆锥摆验证
1、实验的基本原理？
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 2、实验需要的器材？
O 小球
所需
l F
θ
向Fn心=
v2 r
h 力m
T
钢球、细线、白纸、秒表、 直尺
题6［2019·广东执信中学高一检测］如图所示，系在细线上的小球在光滑水平桌面上做匀速圆
周运动。若小球做匀速圆周运动的轨道半径为R，细线的拉力等于小球重力的n倍，则小球的
（ C）
A.线速度大小v= ng B.线速度大小v= R
R
ng
C.角速度ω= ng
R
D.角速度ω= ngR
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高中物理人教版（2019新教材）必修 第二册 教学课 件：第 六章圆 周运动 第2节向心力(共38张PPT)
tan r
tan
；因为rA>rB，所以vA>vB。
B对：由
mg tan
m 2r
，得ω=
r
g tan
，因为rA>rB，所以ωA<ωB。
C错：根据T= 2
及ωA<ωB知TA>TB。
D错：由图知，筒壁对小球的支持力F=
mg sin
，由于mA=2mB，则知FA=2FB，根据牛顿第三定律得，小球对
筒壁的压力F′A=2F′B。
2
何研究？
r
1
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。
小结
1、向心力的方向：
指向圆心
2、向心力的作用效果： 改变速度的方向
3、向心力的大小
Fn=mvr 2
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题8［2019·云南宣威九中高一检测］［多选］ 如图所示，A、B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CD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球所受向心力为F1，B球所受向心力为F2 B.A球所受向心力为F2，B球所受向心力为F1 C.A球所受向心力为F2，B球所受向心力为F1F2 D.F1∶F2=3∶2
F14 m=t 22 n 2 r
，钢球所受合力的m表g hr达式F2=
。下面是一次实验得到的数据，代入上式
计算结果F01.=101
0N.0，9F82=
N，图中细线与竖直方向的夹角θ 比较小，可认为tan
θ=sin θ。（g取9.80 m/s2，π2≈9.86，计算结果保留三位小数）
m/kg r/m
n/转
r
F合
O '
3、实验需要测量的数据有 哪些？如何测量？
G F合＝mg tanθ
转n圈数所用时
间t、h
验证： g/h=(2πn/t)2
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
O
θ
l h
r
O '
实验数据记录
题7 ［2019•河南安阳三十六中高一检测］［多选］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B圆C筒的角速度增大以后，下列说法正确的 是（ ） A.物体所受弹力增大，摩擦力增大 B.物体所受弹力增大，摩擦力不变 C.物体所受弹力和加速度都增大 D.物体所受弹力增大，摩擦力减小
t/s
h/m
0.200 0.050
50
99.0
（4）在误差允许的范围内，=可认为F1 表达式正确。
1.00 F2（选填“=”“>”或“<”），证明向心力的
高中物理人教版（2019新教材）必修 第二册 教学课 件：第 六章圆 周运动 第2节向心力(共38张PPT)
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题4［多选］如图所示，一小球用细绳悬挂于O点，将其拉 离竖直位置一个角度后释放，则小球以O点为圆心做圆周运 动，CD提供运动中小球所需向心力的是（ ） A.绳的拉力 B.重力和绳拉力的合力 C.重力和绳拉力的合力沿绳方向的分力 D.绳的拉力和重力沿绳方向分力的合力
题组二 向心力的来源与计算
题5［2019•广东潮阳实验学校高一检测］［多选］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
个小球A和B紧贴内壁，且A球的质量为B球的A2B倍，分别在如图所
示的水平面内做匀速圆周运动，则（ ）
A.A球的线速度大于B球的线速度
B.A球的角速度小于B球的角速度
C.A球运动周期小于B球运动周期
【D解.析A】球对A对筒：设壁圆锥的的压顶角力为小2θ，于对B小球球有对m筒g 壁mv2 ，的得压v=力gr
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题10 ［2019·四川绵阳南山中学高一检测］有一种杂技表 演叫“飞车走壁”，由杂技演员驾驶摩托车沿光滑圆台形 表演台的侧壁高速行驶，在水平面内做匀速圆周运动。图 中粗线圆表示摩托车的行驶轨迹，轨迹离D地面的高度为h。 如果增大高度h，则下列关于摩托车的说法正确的是 （） A.对侧壁的压力FN增大 B.做圆周运动的周期T不变 C.做圆周运动的向心力Fn增大 D.做圆周运动的线速度增大
的实验，细线下面悬挂一个钢球，细线上端固定。将画着几个同心圆的白纸置于水平桌面上，
使钢球静止时恰好位于圆心。现设法使钢球沿纸上的某个圆周运动。实验步骤如下：
（1）用秒表记下钢球运动n圈的时间t。
（2）通过纸上的圆测出钢球做匀速圆周运动的半径r，并用天平测出钢球质量m。
（3）测出悬点到球心的竖直高度h，用上述测得的量分别表示钢球所需要向心力的表达式