高中物理--向心力--总结.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第七节：向心力,2,、方向：,1,、定义：,一、向心力,做匀速圆周运动的物体受到的合外力指向圆心的，这个力叫做向心力。,总指向圆心，与速度垂直，方向不断变化。,二、向心力的大小,只改变速度的方向，不改变速度的大小。,保持,r,、,m,一定,F,n,与,的关系,保持,r,、,一定,F,n,与,m,的关系,保持,m,、,一定,F,n,与,r,的关系,（,2,）,得出结论,：,保持,r,、,m,一定,F,n,2,保持,m,、,一定,F,n,r,保持,r,、,一定,F,n,m,F,n,km,2,r,验证向心力公式,:,（,1,）设计实验,：,控制变量法,O,小球受力分析：,轻绳栓一小球，在光滑水平面做匀速圆周运动。小球向心力的来源？,O,G,F,N,F,向心力由小球受到的桌面支持力,F,N,、小球的重力,G,、绳子的拉力的合力提供。,匀速圆周运动实例分析,向心力的来源,F,向,=F,合,=F,物体相对转盘静止，随盘做匀速圆周运动,F,向,=F,合,=F,f,由小球受到的重力、支持力、静摩擦力三个力的合力提供。,即圆盘对木块的静摩擦力,F,f,O,G,F,N,F,f,小球向心力的来源,?,匀速圆周运动实例分析,向心力的来源,圆锥摆,G,F,F,合,r,小球向心力的来源,?,O,由小球受到的绳子拉力,F,和重力,G,的合力提供，方向指向圆心,匀速圆周运动实例分析,向心力的来源,女运动员在做匀速圆周运动时，向心力的来源？,手拉力的分力提供了向心力,匀速圆周运动实例分析,向心力的来源,G,F,f,F,N,讨论：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,?,物块做匀速圆周运动时，合力提供向心力，即桶对物块的支持力。,匀速圆周运动实例分析,向心力的来源,总结：,向心力是根据效果命名的力，并不是一种新的性质的力。,向心力的来源：可以是重力、弹力、摩擦力等各种性质的力，也可以是几个力的合力，还可以是某个力的分力。,物体做匀速圆周运动时，由合力提供向心力。,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。,三、变速圆周运动和一般曲线运动,阅读课本,P,21,思考回答以下问题：,变速圆周运动的合外力也指向圆心吗？,变速圆周运动的速度大小是怎么改变的？,怎么分析研究一般的曲线运动？,v,1,、做变速圆周运动的物体所受的合力特点：,F,F,n,F,t,F,t,切向分力，它产生切向加速度，改变速度的大小,.,F,n,向心分力，它产生向心加速度，改变速度的方向,.,加速,把一般曲线分割为许多极短的小段，每一段都可以看作为一小段圆弧，而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。在注意到这点区别之后，分析质点经过曲线上某位置的运动时，就可以采用圆周运动的分析方法对一般曲线运动进行处理了。,r,1,r,2,2,、处理一般曲线运动的方法：,匀速圆周运动：,非匀速圆周运动：,F,向,是,F,合,的指向圆心方向的分力,F,n,向心力的来源：可以是重力、弹力、摩擦力等各种性质的力，也可以是几个力的合力，还可以是某个力的分力。,物体做匀速圆周运动时，由合力提供向心力。,小结,例,1,：关于向心力说法中正确的是（）,A,、物体由于做圆周运动而产生的力叫向心力；,B,、向心力不改变速度的大小；,C,、做匀速圆周运动的的物体所受向心力是不变的；,D,、向心力是除物体所受重力、弹力以及摩擦力以外的一种新的力,B,练习,例,2,、甲乙两物体都做匀速圆周运动,其质量之比为,12,转动半径之比为,12,在相同时间内甲转过,4,周，乙转过,3,周,.,则它们的向心力之比为（）,A.14 B.23,C.49 D.916,C,例,3,、如图，半径为,r,的圆筒绕竖直中心轴转动，小橡皮块紧帖在圆筒内壁上，它与圆筒的摩擦因数为,，现要使小橡皮不落下，则圆筒的角速度至少多大？,解析：小橡皮受力分析如图。,小橡皮恰不下落时，有：,F,f,=mg,其中：,F,f,=F,N,而由向心力公式：,F,N,=m,2,r,解以上各式得：,G,F,f,F,N,例,4,长为,L,的细线，拴一质量为,m,的小球，小球的一端固定于,O,1,点，让其在水平面内作匀速圆周运动，形成圆锥摆，如图所示，求摆线与竖直方向成,时：,（,1,）摆线中的拉力大小,（,2,）小球运动的线速度的大小,（,3,）小球做匀速圆周运动的周期,实验,O,m,O,l,m,O,r,T,mg,F,合,mg,F,合,F,升,竖直方向,:,Tcos,mg,水平方向,:,F,合,=,m2l sin,竖直方向,:,F,升,cos,mg,水平方向,:,F,合,=,m2r,F,合,mg tan,O,O,R,m,m,O,r,mg,N,F,合,mg,N,F,合,F,合,mg tan,竖直方向,:,N cos,mg,水平方向,:,F,合,=,m2r,竖直方向：,N cos,mg,水平方向：,F,合,=,m2 R sin,1.,小球做圆锥摆时细绳长,L,，与竖直方向成,角，求小球做匀速圆周运动的角速度,。,O,O,mg,T,F,L,小球做圆周运动的半径,由牛顿第二定律：,即,：,R,解析,：,小球的向心力由,T,和,G,的合力提供,2.,如图所示，一个内壁光滑的圆锥形筒的轴线垂直于水平面，圆锥筒固定不动，两个质量相同的小球,A,和,B,紧贴着内壁分别在图中所示的水平面内做匀速圆周运动，则,(),A.,球,A,的线速度一定大于球,B,的线速度,B.,球,A,的角速度一定小于球,B,的角速度,C.,球,A,的运动周期一定小于球,B,的运动周期,D.,球,A,对筒壁的压力一定大于球,B,对筒壁的压力,mg,N,F,AB,3.,质量为,m,的小球，用长为,l,的线悬挂在,O,点，在,O,点正下方处有一光滑的钉子,O,，把小球拉到右侧某一位置释放，当小球第一次通过最低点,P,时,(),A,、小球速率突然减小,B,、小球角速度突然增大,C,、小球向心加速度突然增大,D,、摆线上的张力突然增大,BCD,4.A,、,B,两个物体放在旋转圆台上，动摩擦因数均为,，,A,的质量为,m,，,B,的质量为,2m,，,A,离轴为,R/2,，,B,离轴为,R,，则当圆台旋转时：,(,设,A,、,B,都没有滑动，如下图所示,)(),A.B,的向心加速度是,A,的向心加速度的两倍,B.B,的静摩擦力是,A,的静摩擦力的两倍,C.,当圆台转速增加时，,A,比,B,先滑动,D.,当圆台转速增加时，,B,比,A,先滑动,A,B,mg,N,f,A,A,B,f,f,4,=,AD,圆,周,运,动,速,匀,实,例,分,析,圆周运动中的临界问题,本节课的学习目标,1,、知道向心力是物体沿半径方向所受的合外力提供的。,2,、知道向心力、向心加速度的公式也适用于变速圆周运动。,3,、会在具体问题中分析向心力的来源，并进行有关计算。,一、汽车过桥问题,1.,求汽车以速度,v,过半径为,r,的拱桥时对拱桥的压力？,N,G,例一、质量为,1000Kg,的汽车以恒定的速率,20m/s,通过半径为,100m,的拱桥，如图所示，求汽车在桥顶时对路面的压力是多少？如果要使汽车对桥面的压力为,0,，速度至少是多少？,长江大桥,一、汽车过桥问题,1.,汽车过拱桥,平抛,（,2,）当,时,N=0.,临界速度,（,1,）当 时，,NG,，失重，,v,越大，,N,越小,（,3,）当 时，物体做,_,运动,.,2.,求汽车过凹形路段最低点时对路面的压力？,N,G,【,解,】,G,和,N,的合力提供汽车做圆周运动的向心力，由牛顿第二定律得：,可见汽车的速度越大对桥的压力越大。,属超重现象,解得：,例一、质量为,1Kg,的小球经过圆底部的速度是,5m/s,，圆的半径是,5m,，如图所示，求小球受到的合力和支持力。,v,一、汽车过桥问题,1.,汽车过拱桥,平抛,（,2,）当,时,N=0.,临界速度,（,1,）当 时，,NV,临时,车轮对外轨有侧压力。,3.V,，杯底对水有一向下的力的作用，此时水作圆周运动所需向心力由和重力的合力提供。,(3),当 时，,v,0,时：,当,v,v,0,时：,轮缘不受侧向压力,轮缘受到外轨向内的挤压力,轮缘受到内轨向外的挤压力,F,弹,F,弹,问题、汽车转弯，情况又如何呢？,如果汽车的速度很大，会出现什么情况呢？有什么解决措施？,物体做圆周运动要满足什么条件？,当,F,合,=F,n,，做圆周运动,当,F,合,F,n,，做向心,(,近心,),运动,做离心运动,汽车转弯时的措施：,把转弯处的道路修成外高内低。,G,F,N,F,向,汽车过拱桥,F,N,F,合,=G,F,F,向,=mv,2,/r,由,F,合,=F,向,G,F,=mv,2,/r,F,=G,mv,2,/r,G,汽车过凸形桥,取向心加速度方向为正方向,思考与讨论,根据上面的分析可以看出，汽车行驶的速度越大，汽车对桥的压力越小。试分析一下，当汽车的速度不断增大时，会有什么现象发生呢？,根据牛顿第三定律：,F,压,=F,N,即：,由上式可知，,v,增大时，,F,压,减小，当 时，,F,压,=0,；当 时，汽车将脱离桥面，发生危险,。,思考与讨论,请你根据上面分析汽车通过凸形桥的思路，分析一下汽车通过凹形桥最低点时对桥的压力。这时的压力比汽车的重量大还是小？,F,合,=F,G,F,向,=mv,2,/r,由,F,合,=F,向,F,G=mv,2,/r F,=G,mv,2,/r,G,V,V,比较三种桥面受力的情况,F,N,=G,例：一辆质量 的小轿车，驶过半径 的一段圆弧形桥面，重力加速度 。求：,（,1,）若桥面为凹形，汽车以 的速度通过桥面最低点时，对桥面压力是多大？,（,2,）若桥面为凸形，汽车以 的速度通过桥面最高点时，对桥面压力是多大？,（,3,）汽车以多大速度通过凸形桥面的顶点时，对桥面刚好没有压力？,解圆周运动问题的基本步骤,1.,确定作圆周运动的物体作为研究对象。,2.,确定作圆周运动的轨道平面、圆心位置,和半径。,3.,对研究对象进行受力分析画出受力示意,图。,4.,运用平行四边形定则或正交分解法（,取向心加速度方向为正方向,）求出向心力,F,。,5.,根据向心力公式，选择一种形式列方程,求解,思考与讨论：,地球可以看做一个巨大的拱形桥，桥面的半径就是地球的半径。会不会出现这样的情况：速度大到一定程度时，地面对车的支持力是零？这时驾驶员与座椅之间的压力是多少？,二、离心运动,A,做圆周运动的物体，在所受合外力突然消失或不足以提供圆周运动所需向心力时，就做逐渐远离圆心的运动，这种运动就叫离心运动。,离心运动的应用,生活中的圆周运动,分析做圆周运动的物体受力情况,O,mg,F,N,F,f,O,mg,F,N,提供向心力,受力分析,F,f,F,N,+mg,物体在水平面内的圆周运动,汽车在倾斜的路面转弯,N,G,F,向,mg,tan,=F,向,圆锥摆,L,m,G,F,向,mg,tan,=F,向,研究圆周运动的思路,从,“,供,”“,需,”,两方面来进行研究：,“,供,”,分析物体受力，求沿半径,方向的合外力,“,需,”,确定物体轨道，定圆心、找,半径、用公式，求出所需向心力,“,供,”“,需,”,平衡则做圆周运动,弊端分析,一、火车转弯,内外轨道,一样高,F,由外侧轨道对车轮轮缘的挤压力,F,提供,车轮介绍,车轮介绍,外轨略高于内轨,火车受力,垂直轨道面的支持力,N,N,火车的向心力来源,由,G,和,N,的合力提供,h,竖直向下的重力,G,G,F,N,h,F,L,如图示 知,h,L,转弯半径,R,车轮对内外轨都无压力,质量为,m,的火车运行的速率应该多大,?,火车拐弯应以规定速度行驶,火车行驶速率,vv,规定,当火车行驶速率,vv,规定,时，,当火车行驶速率,vv,规定,时，,G,N,N,火车行驶速率,vv,规定,时,G,N,N,外轨对轮缘有侧压力；,内轨对轮缘有侧压力。,二、汽车过桥,1,2,3,汽车通过桥最高点时，,车对桥的压力,以“凸形桥”为例分析：,1,、分析汽车的受力情况,2,、找圆心,3,、确定,F,合,即,F,向心力,的方向。,4,、列方程,N,G,F,合,=G-N,处理圆周运动问题的一般步骤：,（,1,）明确研究对象，找出圆周平面，确定圆心和半径,（,2,）进行受力分析，画受力分析图,（,3,）找出在半径方向的合力，即向心力,（,4,）用牛顿第二定律及向心力公式结合匀速圆周运动的特点列方程求解,学生分析汽车通过最底点时车对桥,(,过水路面,),的压力,小结,:,比较三种桥面受力的情况 （超重？失重？）,N=G,影片中赛车通过凸起的路面时，若减少事故，你能否求出赛车在最高点的最大速度？,汽车速度增大,v,思维拓展,三、航天器中的失重现象,思考：,1,、航天器在起动上升时，航天员处在超重还是失重状态？,2,、航天器在轨道正常运行时，航天员处在超重还是失重状态？,（,1,）航天器加速上升时,（,2,）航天器正常运行时，航天员受到地球引力和飞船坐舱的支持力合力提供向心力,mg,航天员处于完全失重状态,超重,思考：,有人把航天器失重的原因说成是它离地球太远，从而摆脱了地球引力。这种说法对吗？,上述观点是错误。正是由于地球引力的存在，才使航天器连同其中的人和物体环绕地球做圆周运动。若没有引力则不会绕地球做圆周运动。,做圆周运动的物体，在向心力突然消失或合外力不足以提供做圆周运动的向心力时，做逐渐远离圆心的运动，这种运动叫离心运动。,四、离心运动,2,、运动和力的关系,（,1,）当,F,合,F,向,时，物体做匀速圆周运动,（,2,）当,F,合,0,时，物体沿切线方向飞出远离圆心,（,3,）当,F,合,F,向,时，物体做逐渐远离圆心运动,3,、离心运动的,应用,：,离心干燥器,离心沉淀器,（,4,）离心运动的防止：,汽车在公路转弯处的限速,转动的砂轮、飞轮限速,思考：,如果物体实际提供的合力大于所需的向心力，物体将做何运动？,课堂训练,1.,如图所示，质量分别为,2m,、,m,、,m,的,A,、,B,、,C,放在水平的圆盘上，随圆盘在水平面内做圆周运动，转动半径分别为,r,、,r,、,2r,，当转速逐渐增大时，问哪一个物体首先开始滑动,.,A,C,B,物体做匀速圆周运动时,当物体刚好滑动时,物体能否滑动与,m,无关,r,大的易滑动，,故,C,物体首先开始滑动,.,2,、如图已知：,A,、,B,、,C,三球质量相等，,A,、,B,将,OC,三等分,.,求：,OA,、,AB,、,BC,三段绳所受拉力之比,.,解题要点：,三球,相等,隔离法,对,C,：,对,B,：,对,A,：,r,A,r,B,r,C,=123,T,A,T,B,T,C,=653,