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(共38张PPT)
6.2 向心力
高中物理必修第二册课件
主讲老师：xxx
高中物理必修第二册课件
向心力
探究向心力表达式
变速圆周运动
新课引入
01.
高中物理必修第二册课件
游乐场里有各种有趣的游戏项目。空中飞椅因其刺激性而深受很多年轻人的喜爱。飞椅与人一起做匀速圆周运动的过程中，受到了哪些力？所受合力的方向有什么特点？
提出问题
02.
高中物理必修第二册课件
做匀速圆周运动的物体，其运动状态在不断变化，说明物体一定受到了力的作用。
那么迫使物体做匀速圆周运动的合力有何特点呢？
思考与讨论
03.
高中物理必修第二册课件
如图，一个小球在细线的牵引下，绕光滑桌面上的图钉做匀速圆周运动。用剪刀将细线剪断，观察小球的运动。你认为使小球做圆周运动的力指向何方？
G
FN
F
合力
做匀速圆周运动的物体合力始终指向圆心，与速度v垂直。这就是我们今天要学的第一个问题——向心力。
向心力
第一部分
向心力
01.
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1.定义：做匀速圆周运动的物体所受的合力总指向圆心，这个指向圆心的力叫作向心力(centripetal force)。
3.方向：指向圆心，向心力方向与速度方向垂直，是变力。
4.作用效果：只改变速度的方向，不改变速度的大小。
2.符号：Fn
O
F
F
F
v
v
v
O
探究向心力的来源1
02.
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O
F引
F合＝F引 ＝Fn
1.月球绕地球运行
月球绕地球做（近似）匀速圆周运动
月球受到地球的引力充当向心力
月球受到的合力充当向心力
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转台与物体间没有发生相对滑动
2.木块随盘做匀速圆周运动
FN
mg
F静
小物块所受静摩擦力充当向心力
小物块所受重力、支持力和静摩擦力三个力的合力充当向心力.
探究向心力的来源2
03.
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G
Ff
FN
ω
3.物块随着圆桶一起匀速转动
F合＝FN = Fn
滚筒洗衣机中物体随滚筒一起匀速转动
物体所受重力、摩擦力和支持力的合力充当向心力
物体所受支持力充当向心力
探究向心力的来源3
04.
视频赏析
05.
高中物理必修第二册课件
高中物理必修第二册课件
小球所受绳子拉力和重力的合力充当向心力
小球绕中心做匀速圆周运动
r
θ
O
G=mg
F合
F
F合＝mgtanθ = Fn
也可以说成拉力F在水平方向的分力充当向心力
4.圆锥摆做匀速圆周运动
探究向心力的来源4
06.
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小球在某一平面做匀速圆周运动
物体所受重力和支持力的合力充当向心力
竖直方向
水平方向
F合
ω
θ
θ
m
O
r
mg
FN
5.小球在光滑玻璃漏斗中做匀速圆周运动
物体所受支持力在水平方向上的分力充当向心力
FN cosθ =mg
F合＝FNsinθ = Gtan θ = Fn
探究向心力的来源5
07.
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玻璃球所受重力和内壁的支持力的合力充当向心力
在水平面内做匀速圆周运动（不计摩擦）
竖直方向
水平方向
6.玻璃球沿透明碗的内壁做匀速圆周运动
玻璃球所受内壁支持力在水平方向上的分力充当向心力
FN cosθ =G
F合＝FN sinθ = Gtan θ = Fn
探究向心力的来源6
08.
问题与思考
09.
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思考：王亚平给小球一个初速度，从作用效果上分析，哪个力使小球不沿直线飞出去，而是老老实实地绕固定点作圆周运动？这个力的方向指向哪里？
绳对小球的拉力
始终指向圆心
关于向心力的几点说明
10.
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1.向心力可以是重力、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。
2.向心力是根据作用效果命名的，并不是一种新的性质的力。
3.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。
向心力的大小与圆周运动的各物理量之间有什么样的关系呢？
探究向心力
的表达式
第二部分
感受向心力
01.
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如图所示，在绳子的一端拴一个小球，另一端握在手中。将手举过头顶，使小球在水平面内做圆周运动。此时，小球所受的向心力近似等于手通过绳对小球的拉力。换用不同质量的小球，并改变小球转动的速度和绳的长度，感受向心力的变化。
做一做
分步感知与猜想
02.
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猜想：向心力大小可能与小球质量、转动速度、转动半径有关。
1.保持小球转动的速度和绳的长度不变，改变小球的质量，感受向心力的变化。
2.保持绳的长度和小球的质量不变，改变小球转动的速度，感受向心力的变化。
3.保持小球的质量和小球转动的速度不变，改变绳的长度，感受向心力的变化。
实验探究
03.
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匀速转动手柄，可使塔轮、长槽和短槽匀速转动，槽内的小球也就随之做匀速圆周运动。挡板对小球的作用力提供了小球做匀速圆周运动的向心力。同时，小球挤压挡板的力使挡板另一端压缩测力套筒的弹簧，压缩量可从标尺上读出，该读数即显示了向心力的大小。
向心力演示器的结构
实验方法：控制变量法
04.
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实验条件
实验现象
实验结论
ω 、r一定，ma=2mb
m、 ω一定，ra=2rb
m、 r一定，2ωa=ωb
Fa=2Fb
F∝m
Fa=2Fb
F∝r
4Fa=Fb
F∝ω2
实验视频
05.
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实验结论
06.
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实验结论: 物体做圆周运动需要的向心力与物体质量成正比，与半径成正比，与角速度的二次方成正比。
根据 推导向心力的另一表达式：
公式：
Fn＝mω2r
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例题1
例题精选
07.
如图所示，一杂技演员驾驶摩托车沿半径为R的圆周做线速度大小为v的匀速圆周运动。若杂技演员和摩托车的总质量为m，其所受向心力大小为（　　）
A． B．
C． D．
【参考答案：B】
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例题2
例题精选
08.
一个质量为0.1 kg的小球，用一长0.45 m的细绳拴着，绳的另一端系在O点，让小球从如图所示位置从静止开始释放，运动到最低点时小球的速度为3 m/s。(小球视为质点，绳不可伸长，不计空气阻力，取g＝10 m/s2)
(1)分析小球运动到最低点时向心力的来源，画出小球受力
示意图；
(2)小球到达最低点时绳对小球的拉力的大小。
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解析
例题解析
09.
【参考答案：3 N】
由题意可知，当小球运动到最低点时，小球受重力和绳的拉力2个力的作用，绳的拉力和重力的合力提供向心力，小球受力示意图如图所示；
由(1)可知，小球到达最低点时，绳的拉力和重力的合力提供向心力，
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例题3
例题精选
10.
为“探究向心力大小与角速度的关系”，某实验小组通过如图甲所示的装置进行实验。滑块套在水平杆上，可随水平杆一起绕竖直杆做匀速圆周运动，力传感器通过细绳连接滑块，可测绳上拉力大小。滑块上固定一遮光片，宽度为d，光电门可以记录遮光片通过的时间，测出滑块中心到竖直杆的距离为l。
实验过程中细绳始终被拉直。
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例题3
例题精选
11.
（1）滑块随杆转动做匀速圆周运动时，每经过光电门一次。力传感器和光电门就同时获得一组拉力F和遮光时间t，则滑块的角速度 （用t、l、d表示）。
（2）为探究向心力大小与角速度的关系，得到多组实验数据后，应作出F与 （填“”、“”、“”或“”）的关系图像。若作出图像是一条过原点的倾斜直线，表明此实验过程中向心力与 成正比（选填“角速度”、“角速度平方”或“角速度二次方根”）。
（3）若作出图像如图乙所示，
图线不过坐标原点的原因是 。
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解析
例题解析
12.
（1）[1]滑块的角速度为
（2）[2]根据可知为探究向心力大小与角速度的关系，得到多组实验数据后，应作出F与的关系图像。
[3]若作出图像是一条过原点的倾斜直线，表明此实验过程中向心力与角速度平方成正比。
（3）[4]装置转速较小时，滑块与水平杆之间的摩擦力提供滑块做圆周运动的向心力。若作出图像如图乙所示，图线不过坐标原点的原因是：滑块与水平杆之间有摩擦力。
变速圆周运动和一般曲线运动的受力特点
第三部分
变速圆周运动
01.
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运动员抛出链球的过程中，使链球越转越快，在链球速度比较大的时候，抛出链球，使链球运动的更远。
这个过程中链球做变速圆周运动。
做变速圆周运动的物体，其受力情况如何呢？
变速圆周运动的受力
02.
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匀速圆周运动所受的合力提供向心力，方向始终指向圆心；如果一个沿圆周运动的物体所受的合力不指向圆心，还能做匀速圆周运动吗？
O
O
Fn

F合
v
Fn

v
F合
速度增大的圆周运动
速度减小的圆周运动
向心分力Fn ，产生向心加速度an，只改变线速度方向。
切向分力Fτ ，产生切向加速度aτ，改变线速度的大小。
当沿圆周运动的物体所受的合力不指向圆心时，物体做变速圆周运动。
变速圆周运动的规律
03.
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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。
一般的曲线运动
04.
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运动轨迹既不是直线也不是圆周的曲线运动，可以称为一般曲线运动。
r1
r2
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。
变速圆周运动与匀速圆周运动对比
05.
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1.从向心力的来源看
匀速圆周运动：合外力全部用来提供向心力
变速圆周运动：合外力部分用来提供向心力
2.从加速度的角度看
仅有向心加速度的圆周运动是匀速圆周运动
同时具有向心加速度和切向加速度的圆周运动是变速圆周运动
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例题4
例题精选
06.
一般的曲线运动可以分成很多小段，每小段都可以看成圆周运动的一部分，即把整条曲线用一系列不同半径的小圆弧来代替。如图（a）所示，曲线上的A点的曲率圆定义为:通过A点和曲线上紧邻A点两侧的两点作一圆，在极限情况下，这个圆就叫做A点的曲率圆，其半径ρ叫做A点的曲率半径。现将一物体沿与水平面成α角的方向以速度v0抛出，如图（b）所示。则在其轨迹最高点处的曲率半径是（ ）
A． B．
C． D．
【参考答案：C】
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课堂小结
向心力
表达式
圆锥摆
一般圆周运动
方向：总是指向圆心，与速度方向垂直
定义：做圆周运动的物体受到的指向圆心的合力
特点：是变力，可以是重力、弹力、摩擦力等性质力，也可以是它们的合力或某一个力的分力。
变速圆周运动中的合力并非向心力
THANKS
谢谢观看

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