【高中物理】向心力(第一课时)课件+高一下学期物理人教版(2019)必修第二册

5.2向心力（第一课时）
1.描述圆周运动快慢的物理量有哪些?
线速度 v s t
角速度 w
t
周期 T 2r 2
vw
v Hale Waihona Puke wr2.什么是匀速圆周运动?
如果物体沿着圆周运动，并且线速度的大小处处 相等，这种运动叫作匀速圆周运动。
一个小球在细线牵引下，绕光滑桌面上的图 钉做圆周运动 1.想一想 这个运动是否是匀速圆周运动?如何证明?
F合 Fn O
变速圆周运动
规律：
物体做变速圆周运动时： 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 物体做变速圆周运动的受力条件：
当做圆周运动的物体所受合力不指向圆心时，物体做变速圆周运动。 所需向心力由合力在半径方向上的分力（或指向圆心方向的合力）提供。
典例分析
【典例1】关于匀速圆周运动和变速圆周运动，下列说法中正确的是( ) 【正确答案】BCD A．匀速圆周运动受到的合力是恒力，而变速圆周运动受到的合力是变 力 B．匀速圆周运动受到的合力提供向心力，而变速圆周运动受到的合力 一般不等于向心力 C．匀速圆周运动的合外力指向圆心，而变速圆周运动的合外力不一定 指向圆心 D．匀速圆周运动和变速圆周运动的向心力都指向圆心
l
2.5
根据牛顿第三定律知，小孩对秋千板的压力为500N 。
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
r2 r1
动，可以称为
一般曲线运动
。 研究方法：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。
二、向心力的大小
向心力的大小可以表示为: Fn mw 2r
由: v wr
得
Fn
m
v2 r
由: w 2
T
得 Fn
m
4 2
T2
r
例题(课后练习3)
如图所示，一个圆盘在水平面内匀速转动,角速度是4rad/s。盘面 上距圆盘中心0.10m的位置有一个质量为0.10kg的小物体在随圆 盘一起做匀速圆周运动。
2.做一做 利用家里的条件试着做一下这个实验，
a.可以用手代替图钉感受一下绳上的力
b.用剪刀将细线剪断，观察小球的运动 3 .思考 对小球受分析，使小球做匀速圆周运动的力有
何特点? 指向圆心，改变小球的运动方向
一、向心力
大量实例都表明:做匀速圆周运动的物体所受的合力总指向 圆心。这个指向圆心的合力就叫作向心力(Fn)。
典例分析
【典例4】质量为25kg的小孩坐在秋千上，小孩离系绳子的横梁 2.5m。如果秋千板摆到最低点时，小孩运动的速度大小是5m/s， 求此时她对秋千板的压力是多大？
【答案】500N
【解析】在最低点，根据牛顿第二定律得 N mg m v2
l
解得 N mg m v2 250 25 25 N 500N
(3)Fn与r的关系 (控制m、 ω不变) 将两个质量相同的钢球分别放在不同半径处。皮带套在两个 半径相同的塔轮上(ω不变)，摇动手柄。观察套筒露出标度 的格数，比较向心力的大小。
通过更精确的实验可以得出
控制不变的量
1
m、ω
2
m、r
3
R、ω
实验结论 r越大，Fn越大，Fn∝r ω越大，Fn越大，Fn∝ω2 m越大，Fn越大，Fn∝m
Fn 0.1 42 0.1N 016 N
(2)甲的说法正确
变速圆周运动
思考：向心力公式是根据匀速圆周运动推导出来的，它适用于变速圆 周运动吗？
向心力公式是根据匀速圆周运动推导 v
出的，但也适用于变速圆周运动，只不过 匀速圆周运动是合力提供向心力，而变速 圆周运动的合力一般不指向圆心，合力在 半径方向上的分力Fn提供向心力。
F合=Fn
注意: 1.向心力是指向圆心的合力。
2.向心力是根据力的作用效果命名的。
3.向心力方向:指向圆心与速度垂直，只改变速度的 方向，不改变速度的大小。
例:如图所示，小球在水平面内做匀速圆周运动谁 提供向心力?
FT F合
mg
如图:拉力和重力的合力提供物 体做匀速圆周运动的向心力。
*当质量为m的物体以角速度ω、沿半径为r的圆周做匀速圆周运动 时，需要多大的向心力F和哪些因素有关?
课堂小结
一、向心力 定义：做圆周运动的物体受到的指向圆心的合力 方向：总是指向圆心，与速度方向垂直
特点：是变力，可以是重力、弹力、摩擦力等性质力 ，
作用效果也：可只以改是变它速们度的的合方力向或，某不一改个变力速的度分的力大。小
大小 ：
Fn
v2 m
r
m2r m 4 2 r
T2
二、变速圆周运动和一般曲线运动
【正确答案】BD
典例分析
【典例3】如图所示，在竖直平面内有一粗糙的半圆形槽，一个小球从槽
上的A点由静止释放，在运动到最低点B的过程中，下列说法正确的是 (
)
【正确答案】ACD
A．小球受到重力、支持力、摩擦力三个力的作用 B．小球经过AB的中点C点时所需向心力由重力、弹力、摩擦力的合力提供 C．小球经过AB的中点C点时所需向心力由重力沿半径方向上的分力与支持 力的合力提供 D．小球到达B点时所需向心力是由重力、支持力两个力提供
典例分析
【典例2】如图所示，物块P置于水平转盘上随转盘一起运动，图中c沿 半径指向圆心，a与c垂直，下列说法正确的是( ) A．当转盘匀速转动时，P受摩擦力方向可能为a方向 B．当转盘加速转动时，P受摩擦力方向可能为b方向 C．当转盘加速转动时，P受摩擦力方向可能为c方向 D．当转盘减速转动时，P受摩擦力方向可能为d方向
>实验方法及步骤
(1)Fn与m关系 (控制r、 ω不变) 让铝球与钢球的质量之比为1:2。将铝球和钢球分别放在相同 半径处，皮带套在两个半径相同的塔轮上(ω不变)，摇动手柄 。观察套桶露出标度的格数，比较向心力的大小。
(2)Fn与ω的关系 (控制m、r不变) 将两个质量相同的小钢球放在相同半径处。皮带套在两个半 径为1:2的塔轮上(ω之比2:1)，转动手柄。观察套筒露出标度 的格数，比较向心力的大小。
变速圆周运动中的合力并非向心力
小结
一、向心力
大量实例都表明:做匀速圆周运动的物体所受 的合力总指向圆心。这个指向圆心的合力就叫作 向心力(Fn)。
二、向心力的大小
向心力的大小可以表示为:
Fn
mw 2 r
v2 m
r
4 2
m T2
r
1.感受与猜想
通过感受发现:做圆周运动的物体所受向心力的大小与物体 的质量、速度、轨道半径等因素有关系。
当质量为m的物体以角速度ω、沿半径为r的圆周做匀速圆周 运动时，需要多大的向心力F,和哪些因素有关?具体什么关系? 2.实验探究
>向心力演示器的构造 1匀速转动手柄 2和3变速塔轮 4长槽、5短槽、6横臂 7弹簧测力套筒、8标尺
(1)求小物体所受向心力的大小。
N
(2)关于小物体所受的向心力，甲、乙
F
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;
G
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，
(1) Fn mw 2r
即向后，而不是和运动方向垂直，因 此心力不可能由静摩擦力提供。你的 意见是什么?说明理由。
>原理
匀速转动手柄，使变速塔 轮以及长槽、短槽和槽内的小 球随之匀速转动，使小球做匀 速圆周运动的向心力由横臂的 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下降 ，从而露出标尺，根据标尺上 露出的红白相间等分标记，可 以粗略计算出两个球所需向心 力的比值。皮带绕在不同的塔 轮上可以改变角速度。