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高中物理第2章圆周运动第二节向心力课件粤教版必修2

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第二章 圆周运动 第二节 向心力 学*目标 1.认识向心力,通过实例 认识向心力的作用及向心 力的来源. 2.通过实验探究向心力与 哪些因素有关, 掌握向心 力的公式. 3.知道向心加速度,掌握 向心加速度的公式. 4.能用牛顿第二定律知识 分析匀速圆周运动的向心 力. 重点难点 重点 1.理解向心力和向 心加速度的概念. 2.向心力和向心加 速度的计算. 难点 1.向心加速度的理 解. 2.实际物体的向心 力分析. 3.圆周运动的临界 问题分析. 知识点一 感受向心力 提炼知识 1.向心力. 做匀速圆周运动的物体受到与速度方向不在同一直 线上的合力作用,这个力总是沿着半径指向圆心,叫作 向心力. 2.向心力大小. (1)实验探究:利用如图所示的实验, 采用控制变量法探究影响向心力大小 的因素. ①保持小球的质量 m 和半径 r 不变, 探究向心力 F 与角速度 ω 的关系,则当 ω 增大时,F 增 大,即 F∝ω. ②保持小球的质量 m 和角速度 ω 不变,探究向心力 F 与半径 r 的关系,则当 r 增大时,F 增大,即 F∝r. ③保持小球的角速度 ω 和半径 r 不变,探究向心力 F 与质量 m 的关系,则当 m 增大时,F 增大,即 F∝m. (2)结论:物体做圆周运动需要的向心力与物体的质 量、半径、角速度都有关. (3)大小:做匀速圆周运动的物体,所受向心力的大 小为 F=mrω2,而 ω=vr,则 F=mvr2. 判断正误 (1)做匀速圆周运动的向心力是恒力.(×) (2) 物 体 由 于 做 匀 速 圆 周 运 动 而 产 生 了 一 个 向 心 力.(×) (3)做匀速圆周运动的物体所受的合外力提供了向心 力.(√) 小试身手 1. (多选)如图所示,用细绳拴一小球在光滑桌面上绕 一铁钉(系一绳套)做匀速圆周运动,关于小球的受力,下 列说法正确的是( ) A.重力、支持力、绳子拉力 B.重力、支持力、绳子拉力和向心力 C.重力、支持力、向心力 D.绳子拉力充当向心力 解析:小球受重力、支持力、绳子拉力三个力的作用, A 正确,B、C 错误;重力和支持力是一对*衡力,绳子 的拉力充当向心力,D 正确. 答案:AD 知识点二 向心加速度 提炼知识 1.定义:由向心力产生的沿半径指向圆心方向的加 速度. 2.方向:与向心力的方向相同,始终指向圆心,时 刻在改变. 3.大小:由牛顿第二定律 F=ma 可得 a=rω2,或 a =vr2. 判断正误 (1)做圆周运动的物体,线速度越大,向心加速度就 越大.(×) (2)向心加速度的方向指向圆心,与线速度垂直.(√) (3)匀速圆周运动的向心加速度大小不变,方向时刻 变化.(√) 小试身手 2.飞机做可视为匀速圆周运动的飞行表演.若飞行 半径为 2 000 m,速度为 200 m/s,则飞机的向心加速度 大小为( ) A.0.1 m/s2 B.10 m/s2 C.20 m/s2 D.40 m/s2 解析:由向心加速度公式 a=vr2可得,a=22000020 m/s2 =20 m/s2,C 正确. 答案:C 知识点三 生活中的向心力 提炼知识 1.汽车在水*公路上转弯. 车轮与路面间的静摩擦力提供向心力,即 f=mvR2. 2.汽车在倾斜的路面上转弯. 汽车恰好以速度 v 行驶时,重力和地面 的支持力的合力充当向心力(如图),即 mgtanθ =mRv2(R 为弯道半径,θ 为路面倾斜的角度). 3.汽车过凸形桥最高点时,对桥面压力小于汽车重 力;汽车过凹形桥最低点时,对桥面压力大于汽车重力. 判断正误 (1)火车转弯时的向心力是火车受到的合外力.(×) (2)火车以恒定速率转弯时,合外力提供向心力.(√) (3)做匀速圆周运动的汽车,其向心力保持不变.(×) 小试身手 3.在一段半径为 R 的圆弧形水*弯道上,已知地面 对汽车轮胎的最大摩擦力等于车重的 1μ(μ>1),则汽车拐 弯时的安全速度是( ) A.v≤ μRg C.v≤ 2μRg B.v≤ Rg μ D.v≤ Rg 解析:拐弯时,摩擦力提供向心力,μ1mg≥mvR2,推 导可得 v≤ Rμg,故 B 正确. 答案:B 拓展一 向心力的理解和分析 如图所示,汽车正在匀速率转弯,小球正在绳子拉 力作用下做匀速圆周运动,请思考: (1)它们的向心力分别是由什么力提供的? (2)物体做匀速圆周运动时,向心力的大小、方向有 什么特点? 提示:(1)汽车转弯时的向心力由地面的静摩擦力提 供,小球的向心力由重力和绳子拉力的合力提供. (2)大小不变,方向时刻改变. 1.向心力的特点. (1)方向:方向时刻在变化,始终指向圆心,与线速 度的方向垂直. (2)大小:F=mvr2=mrω2=mωv=m4Tπ22r,在匀速圆 周运动中,向心力大小不变;在非匀速圆周运动中,其 大小随速率 v 的变化而变化. 2.向心力的效果. (1)效果力:向心力是按力的作用效果命名的,它不 是具有确定性质的某种力,相反,任何性质的力都可以 作为向心力. (2)作用效果:向心力的作用效果是改变线速度的方 向,做匀速圆周运动的物体受到的合力即为向心力,其 方向一定指向圆心, 是变力(线速度大小变化的非匀速圆周运动中,物体 所受合力不指向圆心,它既改变速度的方向,也改变速 度的大小,即同时产生法向加速度和切向加速度). 3.向心力的来源. (1)在匀速圆周运动中合外力一定是向心力;非匀速 圆周运动中,合外力沿半径方向的分力提供向心力.重 力、弹力、摩擦力等都可以提供向心力. (2)实例分析: 实例 向心力来 源 图示 小球在细绳的牵引下 在水*面内做匀速圆 周运动 弹力(绳子 的拉力) 物体随转盘一起匀速转 静摩擦力 动 小球沿球面通过最高点 合力 小球在细绳的作用下在 水*面内做匀速



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