科学探究：向心力 高一下学期物理鲁科版（2019）必修第二册.pptxVIP

第2节科学探究：向心力

第3章圆周运动

问题1：如果物体不受力，将做什么运动？

问题2：匀速圆周运动是一种什么性质的运动？

问题3：匀速圆周运动的受力有什么样的特点？

实例一：绳拉小球,在光滑水平面上做匀速圆周运动

O

G

FN

F拉

O

O

F拉

F拉

F拉

v

v

v

O

实例一：绳拉小球,在光滑水平面上做匀速圆周运动

FN与G相平衡，合力为F拉

特点：合力F拉总指向圆心，且与v垂直

一、向心力

1.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

2.方向：时刻指向圆心，与速度垂直

3.效果：只改变速度方向，不改变速度大小。

向心力是恒力还是变力？

实例二：物体相对转盘静止，随转盘做匀速圆周运动

G

FN

f静

实例二：物体相对转盘静止，随转盘做匀速圆周运动

O

f静

f静

f静

v

v

v

FN与G相平衡，合力为f静

特点：合力f静总指向圆心，且与v垂直

实例三：飞椅与人一起做匀速圆周运动

O

向心力：重力与拉力的合力

实例三：飞椅与人一起做匀速圆周运动

特点：合力总指向圆心，且与v垂直

重力与拉力的合力提供向心力

f静提供向心力

F拉提供向心力

一、向心力

1.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

2.方向：时刻指向圆心，与速度垂直

3.效果：只改变速度方向，不改变速度大小。

4.来源：可以是重力，弹力，摩擦力等性质力，也可以是某几个力的合力,也可以是某个力的分力

5.注意：向心力是效果力，画受力图时只画性质力，不能画出向心力

P60例1和变式训练1

右图表示小物体加速转动的情况。O是轨迹的圆心，F是绳子对小物体的拉力。

可以把F分解为与圆周相切的Ft和指向圆心的Fn，Ft使小物体的速度越来越大，Fn提供小物体做圆周运动所需要的向心力。

二、变速圆周运动受力特点

练习

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，当转盘逆时针转动时，下列说法正确的是（）

A.当转盘匀速转动时，P受摩擦力方向为c

B.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受摩擦力方向可能为a

D.当转盘减速转动时，P受摩擦力方向可能为d

求证做匀速圆周运动的物体向心加速度表达式：

vA、vB、△v组成的三角形与ΔABO相似

三、向心力的大小

向心力的大小表示为：

或者根据圆周运动，线速度和角速度之间的关系：

练习1：甲、乙两物体都在做匀速圆周运动，以下各种情况下哪个物体的向心加速度比较大？

(1)它们的线速度相等，乙的半径小

(2)它们的周期相等，甲的半径大

(3)它们的角速度相等，乙的线速度小

练习2.A、B做匀速圆周运动，相同的时间内，它们通过的路程之比是4∶3，运动的角度之比是3∶2，它们的向心加速度之比是多少？

1：物块随着圆桶一起匀速转动时，物块的受力？物块向心力的来源?

F静与G平衡，合力FN提供向心力

学以致用

2.沿光滑碗内壁做匀速圆周运动的小球，小球的受力？向心力的来源?

如果静摩擦力消失，小物体相对于圆盘向外滑动，因此静摩擦力方向指向圆心，提供小物体做圆周运动的向心力。

从“供”“需”两方面研究生活中做圆周运动的物体

由物体受力情况决定

由物体的运动情况决定

“供需”平衡物体做匀速圆周运动

本节课

牛顿第二定律F=ma的应用

汽车在水平地面上转弯时是什么力提供向心力的呢?

f

汽车在水平路面上转弯所需要的向心力来源:汽车侧向所受的静摩擦力。

当汽车转弯的半径一定时,汽车的速度v越大,所需的向心力也越大,静摩擦力也越大。

匀速圆周运动

侧滑

当所需要的向心力大于所能提供的向心力（即最大静摩擦力）时，汽车将发生侧滑现象。

火车转弯--水平面内的圆周运动

观察：火车车轮的构造。

思考：火车转弯时所需的向心力是由哪些力提供的？

车轮的构造：

[问题]：如果转弯处内外轨一样高，火车转弯需要的向心力由什么力来提供呢？

火车转弯

FN

G

内轨

外轨

向心力由外侧轨道对车轮轮缘的弹力提供。

缺点：火车质量很大，轮缘和外轨间的相互作用力很大，铁轨容易损坏、变形，发生危险。

外轨对轮缘的弹力

请设计一个方案，让火车既能安全通过弯道，又能减少轨道与轮缘的挤压？

在实际火车与轨道设计中，利用轮缘挤压只能增加小部分的向心力；垫高外轨可增加较多的向心力。

外轨略高于内轨（倾斜轨道）

解决方案

火车转弯时，外轨道应该适当垫高。使火车以一定速度通过弯道时，受到重力与支持力的合力恰好提供向心力，此时内轨和外轨同轮缘之间

向心力完全由重力G和支持力FN的合力提供