[中學(xué)聯(lián)盟]福建省福鼎市第二中學(xué)高三課時(shí)復(fù)習(xí)11月份課件合輯：第2節(jié)向心力與向心加速度

1、第第2 2節(jié)節(jié) 向心力與向心加速度向心力與向心加速度福鼎二中 盧寧Zxx kZxx kZx x kZx x k 1 1. .理解向心力的概念、公式、物理意義及理解向心力的概念、公式、物理意義及研究圓研究圓周運(yùn)動(dòng)的方法。周運(yùn)動(dòng)的方法。 Zxx k Zxx k 2.2.了解變速圓周運(yùn)動(dòng)的概念及受力情況。了解變速圓周運(yùn)動(dòng)的概念及受力情況。 4.4.理解向心加速度的概念、公式及物理意義，能夠理解向心加速度的概念、公式及物理意義，能夠應(yīng)用向心加速度分析問(wèn)題、解決問(wèn)題。應(yīng)用向心加速度分析問(wèn)題、解決問(wèn)題。 5.5.體會(huì)牛頓第二定律在圓周運(yùn)動(dòng)中的應(yīng)用。體會(huì)牛頓第二定律在圓周運(yùn)動(dòng)中的應(yīng)用。知識(shí)回顧：知識(shí)回顧：力

2、與運(yùn)動(dòng)的關(guān)系力與運(yùn)動(dòng)的關(guān)系當(dāng)合外力方向與運(yùn)動(dòng)方向共線時(shí)，變速直線運(yùn)動(dòng)當(dāng)合外力方向與運(yùn)動(dòng)方向共線時(shí)，變速直線運(yùn)動(dòng)當(dāng)合外力為零時(shí)，靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)當(dāng)合外力為零時(shí)，靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)當(dāng)合外力方向與運(yùn)動(dòng)方向不共線時(shí)，曲線運(yùn)動(dòng)當(dāng)合外力方向與運(yùn)動(dòng)方向不共線時(shí)，曲線運(yùn)動(dòng)做圓周運(yùn)動(dòng)的物體受力有什么特點(diǎn)？做圓周運(yùn)動(dòng)的物體受力有什么特點(diǎn)？思考思考2.2.合外力有何特點(diǎn)？合外力有何特點(diǎn)？1.1.小球受哪幾個(gè)力的作用？小球受哪幾個(gè)力的作用？思考思考自我動(dòng)手小實(shí)驗(yàn)自我動(dòng)手小實(shí)驗(yàn)對(duì)小球分析，受到三個(gè)外力作用，即重力對(duì)小球分析，受到三個(gè)外力作用，即重力G G、桌面支持力、桌面支持力N N和繩子的拉力和繩子的拉力F F，合

3、力就是繩子的拉力，合力就是繩子的拉力F F，始終指向圓心。，始終指向圓心。一、向心力一、向心力定義定義: :做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體一定要受到一個(gè)始終指做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體一定要受到一個(gè)始終指向圓心等效力的作用，這個(gè)力叫做向心力。向圓心等效力的作用，這個(gè)力叫做向心力。特點(diǎn)：始終指向圓心，總是與運(yùn)動(dòng)方向垂直特點(diǎn)：始終指向圓心，總是與運(yùn)動(dòng)方向垂直FvOFvFv效果：只改變速度的方向，不改變速效果：只改變速度的方向，不改變速度的大小度的大小思考思考向心力是不是等同于合外力呢？向心力是不是等同于合外力呢？OGNT豎直方向上豎直方向上NG，故故T 即為合力即為合力F合合TFn在勻速圓周運(yùn)動(dòng)中，合力提供向心力

4、在勻速圓周運(yùn)動(dòng)中，合力提供向心力輕繩栓一小球輕繩栓一小球, ,在光滑水平面上做勻速圓周運(yùn)動(dòng)在光滑水平面上做勻速圓周運(yùn)動(dòng)思考思考小球受到哪些力的作用？小球受到哪些力的作用？向心力由什么力提供？向心力由什么力提供？rOGF合T結(jié)論結(jié)論: :向心力由重力向心力由重力G G和彈力和彈力T T的合力提供的合力提供o oGfN滾筒洗衣機(jī)中物體跟著滾筒勻速轉(zhuǎn)動(dòng)滾筒洗衣機(jī)中物體跟著滾筒勻速轉(zhuǎn)動(dòng)在勻速圓周運(yùn)動(dòng)中，在勻速圓周運(yùn)動(dòng)中，合力提供向心力合力提供向心力向心力由什么力提供？向心力由什么力提供？思考思考理論分析：理論分析： Zxx k Zxx k若物體做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，其速度大小不變，方向時(shí)刻變?nèi)粑矬w做勻速圓周

5、運(yùn)動(dòng)，其速度大小不變，方向時(shí)刻變化，則合外力必須始終指向圓心，完全提供向心力?；瑒t合外力必須始終指向圓心，完全提供向心力。若物體做非勻速圓周運(yùn)動(dòng)，其速度大小變化，方向也時(shí)若物體做非勻速圓周運(yùn)動(dòng)，其速度大小變化，方向也時(shí)刻變化，則合外力必須有沿圓周切線方向的分力來(lái)改變刻變化，則合外力必須有沿圓周切線方向的分力來(lái)改變速度大小，同時(shí)有沿徑向方向的分力充當(dāng)向心力改變速速度大小，同時(shí)有沿徑向方向的分力充當(dāng)向心力改變速度方向，故合外力不指向圓心，也不等同于向心力。度方向，故合外力不指向圓心，也不等同于向心力。V VA AF F合合勻速圓周運(yùn)動(dòng)勻速圓周運(yùn)動(dòng)V VA AF F合合非勻速圓周運(yùn)動(dòng)非勻速圓周運(yùn)動(dòng)

6、F Fn nF Ft t向心力向心力= =合外力合外力F Ft t改變速度大小改變速度大小F Fn n改變速度方向改變速度方向F F合合即即F Fn n只改變速度方向只改變速度方向不改變速度大小不改變速度大小向心力向心力 合外力合外力可以由重力、彈力、摩擦力中的某一個(gè)力，或者是某幾個(gè)可以由重力、彈力、摩擦力中的某一個(gè)力，或者是某幾個(gè)力的分力，或幾個(gè)力的合力所提供。力的分力，或幾個(gè)力的合力所提供。向心力是根據(jù)效果命名的，故受力分析時(shí)向心力不存在。向心力是根據(jù)效果命名的，故受力分析時(shí)向心力不存在。向心力來(lái)源向心力來(lái)源說(shuō)一說(shuō)：說(shuō)一說(shuō)： 各圖情景中向心力各圖情景中向心力是由誰(shuí)提供的？是由誰(shuí)提供的？向心

7、力大小向心力大?。? 1）體驗(yàn)向心力的大小）體驗(yàn)向心力的大小猜想：向心力的大小可能與猜想：向心力的大小可能與 有關(guān)有關(guān)質(zhì)量、質(zhì)量、 半徑、半徑、角速度角速度用細(xì)繩連接的鋼球、木球各一個(gè)，拉住繩的一端，讓小用細(xì)繩連接的鋼球、木球各一個(gè)，拉住繩的一端，讓小球盡量做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。分別改變轉(zhuǎn)動(dòng)的快慢、細(xì)繩的球盡量做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。分別改變轉(zhuǎn)動(dòng)的快慢、細(xì)繩的長(zhǎng)短做幾次實(shí)驗(yàn)。長(zhǎng)短做幾次實(shí)驗(yàn)。思考：向心力的大小與哪些因素有關(guān)？思考：向心力的大小與哪些因素有關(guān)？（2 2）演示實(shí)驗(yàn)：用向心力演示器演示）演示實(shí)驗(yàn)：用向心力演示器演示構(gòu)造：變速塔輪，長(zhǎng)槽，短槽，彈簧測(cè)力套筒，標(biāo)構(gòu)造：變速塔輪，長(zhǎng)槽，短槽，彈簧測(cè)力套筒

8、，標(biāo)尺等。尺等?？刂谱兞糠刂谱兞糠ū３直３謗 r、一定一定保持保持m m、一定一定保持保持r r、m m一定一定實(shí)驗(yàn)表明：實(shí)驗(yàn)表明：結(jié)論：結(jié)論：m m越大，越大，F(xiàn) F向向越大越大結(jié)論：結(jié)論：r r越大，越大，F(xiàn) F向向越大越大結(jié)論：結(jié)論：越大，越大，F(xiàn) F向向越大越大2Fmr向2vFmr向BCDBCD例例1 1：關(guān)于向心力，下列說(shuō)法正確的是：關(guān)于向心力，下列說(shuō)法正確的是（ ）A A、物體只有受到向心力的作用才可能做圓周運(yùn)動(dòng)、物體只有受到向心力的作用才可能做圓周運(yùn)動(dòng)B B、向心力是指向圓心方向的合力，是根據(jù)力的作用效果、向心力是指向圓心方向的合力，是根據(jù)力的作用效果 命名的命名的C C、做勻

9、速圓周運(yùn)動(dòng)的物體，受到的合外力完全充當(dāng)向心、做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體，受到的合外力完全充當(dāng)向心 力力D D、向心力只改變物體運(yùn)動(dòng)的方向，不可能改變物體運(yùn)動(dòng)、向心力只改變物體運(yùn)動(dòng)的方向，不可能改變物體運(yùn)動(dòng) 速度的大小速度的大小 向心加速度向心加速度向心力公式向心力公式: F: F向向 = F= F合合= mr= mr2 2根據(jù)牛頓第二定律根據(jù)牛頓第二定律: F: F合合= ma = ma 2vmr22varr由牛頓第二定律推導(dǎo)由牛頓第二定律推導(dǎo)大小：大?。悍较颍悍较颍?始終指向圓心始終指向圓心物理意義：描述線速度方向變化的快慢物理意義：描述線速度方向變化的快慢對(duì)于勻速圓周運(yùn)動(dòng)，合外力和向心加速度大小

10、恒定，方向?qū)τ趧蛩賵A周運(yùn)動(dòng)，合外力和向心加速度大小恒定，方向時(shí)刻變化。對(duì)于非勻速圓周運(yùn)動(dòng)，線速度大小變化，可知時(shí)刻變化。對(duì)于非勻速圓周運(yùn)動(dòng)，線速度大小變化，可知向心加速度大小也變化，但仍適用向心力和向心加速度公向心加速度大小也變化，但仍適用向心力和向心加速度公式，不過(guò)速度指的是瞬時(shí)速度。式，不過(guò)速度指的是瞬時(shí)速度。v vA Aa an n勻速圓周運(yùn)動(dòng)勻速圓周運(yùn)動(dòng)v vA Aa a非勻速圓周運(yùn)動(dòng)非勻速圓周運(yùn)動(dòng)a an na at ta at t描述速度大小改變快慢描述速度大小改變快慢a an n描述速度方向變化快慢描述速度方向變化快慢a an n描述速度方向變化的快慢描述速度方向變化的快慢例例2

11、 2：上海在北緯：上海在北緯3131，求上海所在處物體繞地軸做圓周，求上海所在處物體繞地軸做圓周運(yùn)動(dòng)的向心加速度是多大？（設(shè)地球半徑運(yùn)動(dòng)的向心加速度是多大？（設(shè)地球半徑R=6400kmR=6400km，coscos3131=0.86=0.86）AORr分析：分析：首先應(yīng)明確物體做勻速圓周運(yùn)動(dòng)；再確定圓周軌首先應(yīng)明確物體做勻速圓周運(yùn)動(dòng)；再確定圓周軌跡、圓心及半徑。跡、圓心及半徑。解：解：物體隨地球自轉(zhuǎn)的角速度物體隨地球自轉(zhuǎn)的角速度 =2/T =2/TO圓周半徑圓周半徑r=R r=R cos31 cos31a=ra=r2 2 = R = R cos31 cos31 (2/T) (2/T) 2 2代

12、入數(shù)據(jù)可得代入數(shù)據(jù)可得a=2.9a=2.91010- -2 2m/sm/s2 21.1.一小球在豎直光滑的圓形軌道內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng)，關(guān)于其一小球在豎直光滑的圓形軌道內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng)，關(guān)于其所受到的向心力，下列說(shuō)法中正確的是（所受到的向心力，下列說(shuō)法中正確的是（ ）A.A.一定指向圓心一定指向圓心B.B.一定不指向圓心一定不指向圓心C.C.只有在軌道的最高點(diǎn)和最低點(diǎn)指向圓心只有在軌道的最高點(diǎn)和最低點(diǎn)指向圓心D.D.以上說(shuō)法都不正確以上說(shuō)法都不正確【解析解析】選選A.A.根據(jù)向心力的定義根據(jù)向心力的定義, ,不管是勻速圓周運(yùn)動(dòng)不管是勻速圓周運(yùn)動(dòng), ,還是非勻速圓周運(yùn)動(dòng)還是非勻速圓周運(yùn)動(dòng), ,向心力都一直指

13、向圓心向心力都一直指向圓心. .故只有選故只有選項(xiàng)項(xiàng)A A正確正確. .A A2.2.物體做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的條件是物體做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的條件是 ( ( ) )A.A.物體有一定的初速度，且受到一個(gè)始終和初速度方向物體有一定的初速度，且受到一個(gè)始終和初速度方向垂直的恒力作用垂直的恒力作用B.B.物體有一定的初速度，且受到一個(gè)大小不變，方向變物體有一定的初速度，且受到一個(gè)大小不變，方向變化的力的作用化的力的作用C.C.物體有一定的初速度，且受到一個(gè)方向始終指向圓心物體有一定的初速度，且受到一個(gè)方向始終指向圓心的力的作用的力的作用D.D.物體有一定的初速度，且受到一個(gè)大小不變方向始終物體有一定的初速度，

14、且受到一個(gè)大小不變方向始終跟速度方向垂直的力的作用跟速度方向垂直的力的作用D D解析：解析：設(shè)運(yùn)動(dòng)員的重心到單杠的距離為設(shè)運(yùn)動(dòng)員的重心到單杠的距離為R R，在最低點(diǎn)的最，在最低點(diǎn)的最小速度為小速度為v v，則有，則有3.3.質(zhì)量為質(zhì)量為60 kg60 kg的體操運(yùn)動(dòng)員做的體操運(yùn)動(dòng)員做“單臂大回環(huán)單臂大回環(huán)”，用一，用一只手抓住單杠，伸展身體，以單杠為軸做圓周運(yùn)動(dòng)此只手抓住單杠，伸展身體，以單杠為軸做圓周運(yùn)動(dòng)此過(guò)程中，運(yùn)動(dòng)員到達(dá)最低點(diǎn)時(shí)手臂受的拉力至少約為過(guò)程中，運(yùn)動(dòng)員到達(dá)最低點(diǎn)時(shí)手臂受的拉力至少約為( (忽略空氣阻力，忽略空氣阻力，g g10 m/s10 m/s2 2)()() )A A600

15、 N600 N B B2400 N 2400 N C C3000 N D3000 N D3600 N3600 N21mvmg 2R2由以上二式聯(lián)立并代入數(shù)據(jù)解得由以上二式聯(lián)立并代入數(shù)據(jù)解得F F3000 N.3000 N.對(duì)運(yùn)動(dòng)員：對(duì)運(yùn)動(dòng)員：2vFmgmRC C4.4.如視頻所示，在雙人花樣滑冰運(yùn)動(dòng)中，看到被男運(yùn)動(dòng)員如視頻所示，在雙人花樣滑冰運(yùn)動(dòng)中，看到被男運(yùn)動(dòng)員拉著的女運(yùn)動(dòng)員離開(kāi)地面在空中做圓錐擺運(yùn)動(dòng)的精彩場(chǎng)面，拉著的女運(yùn)動(dòng)員離開(kāi)地面在空中做圓錐擺運(yùn)動(dòng)的精彩場(chǎng)面，目測(cè)體重為目測(cè)體重為G G的女運(yùn)動(dòng)員做圓錐擺運(yùn)動(dòng)時(shí)和水平冰面的夾的女運(yùn)動(dòng)員做圓錐擺運(yùn)動(dòng)時(shí)和水平冰面的夾角約為角約為30300 0，重力加速度為重力加速度為g g，問(wèn)該女運(yùn)動(dòng)員受到的拉力及，問(wèn)該女運(yùn)動(dòng)員受到的拉力及向心加速度？向心加速度？0Fsin30GF2G即：即：豎直方向上：豎直方向上：0Fcos30ma向水平方向上：水平方向上：02mgcos30ma向a3g向即：即：可得：可得：解析：解析：女運(yùn)動(dòng)員做圓錐擺運(yùn)動(dòng)，對(duì)女運(yùn)女運(yùn)動(dòng)員做圓錐擺運(yùn)動(dòng)，對(duì)女運(yùn)動(dòng)員受力分析可知?jiǎng)訂T受力分析可知 5. 5.如圖當(dāng)圓筒高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，滑塊可能在圓筒內(nèi)壁上和接觸如圖當(dāng)圓筒高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，滑塊可能在圓筒內(nèi)壁上和接觸點(diǎn)保持相對(duì)靜止點(diǎn)保持相對(duì)靜止, ,（1 1）試分析滑塊的受力情況。）試分析滑塊的受