3.2科學(xué)探究：向心力 課件高一下學(xué)期物理魯科版（2019）必修第二冊(cè)

第2節(jié)

科學(xué)探究：向心力第3章

圓周運(yùn)動(dòng)問(wèn)題1：如果物體不受力，將做什么運(yùn)動(dòng)？問(wèn)題2：勻速圓周運(yùn)動(dòng)是一種什么性質(zhì)的運(yùn)動(dòng)？問(wèn)題3：勻速圓周運(yùn)動(dòng)的受力有什么樣的特點(diǎn)？實(shí)例一：繩拉小球,在光滑水平面上做勻速圓周運(yùn)動(dòng)

OGFNF拉OOF拉F拉F拉vvvO實(shí)例一：繩拉小球,在光滑水平面上做勻速圓周運(yùn)動(dòng)

FN與G相平衡，合力為F拉

特點(diǎn)：合力F拉總指向圓心，且與v垂直一、向心力1.定義：做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體所受的合力總指向圓心，這個(gè)指向圓心的力就叫作向心力2.方向：時(shí)刻指向圓心，與速度垂直3.效果：只改變速度方向，不改變速度大小。向心力是恒力還是變力？實(shí)例二：物體相對(duì)轉(zhuǎn)盤靜止，隨轉(zhuǎn)盤做勻速圓周運(yùn)動(dòng)

GωOFNf靜實(shí)例二：物體相對(duì)轉(zhuǎn)盤靜止，隨轉(zhuǎn)盤做勻速圓周運(yùn)動(dòng)

Of靜f靜f靜vvvFN與G相平衡，合力為f靜特點(diǎn)：合力f靜總指向圓心，且與v垂直實(shí)例三：飛椅與人一起做勻速圓周運(yùn)動(dòng)

rO'OθlhFTGF合向心力：重力與拉力的合力實(shí)例三：飛椅與人一起做勻速圓周運(yùn)動(dòng)

特點(diǎn)：合力總指向圓心，且與v垂直重力與拉力的合力提供向心力f靜提供向心力F拉提供向心力一、向心力1.定義：做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體所受的合力總指向圓心，這個(gè)指向圓心的力就叫作向心力2.方向：時(shí)刻指向圓心，與速度垂直3.效果：只改變速度方向，不改變速度大小。4.來(lái)源：可以是重力，彈力，摩擦力等性質(zhì)力，也可以是某幾個(gè)力的合力,也可以是某個(gè)力的分力5.注意：向心力是效果力，畫受力圖時(shí)只畫性質(zhì)力，不能畫出向心力P60例1和變式訓(xùn)練1右圖表示小物體加速轉(zhuǎn)動(dòng)的情況。O是軌跡的圓心，F(xiàn)是繩子對(duì)小物體的拉力?？梢园袴分解為與圓周相切的Ft和指向圓心的Fn，F(xiàn)t使小物體的速度越來(lái)越大，F(xiàn)n提供小物體做圓周運(yùn)動(dòng)所需要的向心力。二、變速圓周運(yùn)動(dòng)受力特點(diǎn)練習(xí)如圖所示，物塊P置于水平轉(zhuǎn)盤上隨轉(zhuǎn)盤一起運(yùn)動(dòng)，圖中c方向沿半徑指向圓心，a方向與c方向垂直，當(dāng)轉(zhuǎn)盤逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，下列說(shuō)法正確的是（

）A.當(dāng)轉(zhuǎn)盤勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，P受摩擦力方向?yàn)閏B.當(dāng)轉(zhuǎn)盤勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，P不受轉(zhuǎn)盤的摩擦力C.當(dāng)轉(zhuǎn)盤加速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，P受摩擦力方向可能為aD.當(dāng)轉(zhuǎn)盤減速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，P受摩擦力方向可能為d求證做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體向心加速度表達(dá)式：

=ABΔvvrOBAvAvBvAΔvvA、vB、△v組成的三角形與ΔABO相似

Δv

=ABvr

an

==·ABvrΔvΔtΔt當(dāng)△t很小很小時(shí)，AB=AB=Δl

an

=·v

=vrv2rΔθΔθΔl

===

vABΔtΔtABΔt三、向心力的大小向心力的大小表示為：或者根據(jù)圓周運(yùn)動(dòng)，線速度和角速度之間的關(guān)系：練習(xí)1：甲、乙兩物體都在做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，以下各種情況下哪個(gè)物體的向心加速度比較大？(1)它們的線速度相等，乙的半徑小(2)它們的周期相等，甲的半徑大

(3)它們的角速度相等，乙的線速度小練習(xí)2.A、B做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，相同的時(shí)間內(nèi)，它們通過(guò)的路程之比是4∶3，運(yùn)動(dòng)的角度之比是3∶2，它們的向心加速度之比是多少？1：物塊隨著圓桶一起勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，物塊的受力？物塊向心力的來(lái)源?F靜與G平衡，合力FN提供向心力學(xué)以致用rmgF靜OFNO'ORθωmmgFNF合2.沿光滑碗內(nèi)壁做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的小球，小球的受力？向心力的來(lái)源?vOAvBOA如果靜摩擦力消失，小物體相對(duì)于圓盤向外滑動(dòng)，因此靜摩擦力方向指向圓心，提供小物體做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力。提供物體做圓周運(yùn)動(dòng)的力做圓周運(yùn)動(dòng)的物體所需的力從“供”“需”兩方面研究生活中做圓周運(yùn)動(dòng)的物體由物體受力情況決定由物體的運(yùn)動(dòng)情況決定=“供需”平衡物體做勻速圓周運(yùn)動(dòng)本節(jié)課牛頓第二定律F=ma的應(yīng)用汽車在水平地面上轉(zhuǎn)彎時(shí)是什么力提供向心力的呢?OmgNf汽車在水平路面上轉(zhuǎn)彎所需要的向心力來(lái)源:汽車側(cè)向所受的靜摩擦力。當(dāng)汽車轉(zhuǎn)彎的半徑一定時(shí),汽車的速度v越大,所需的向心力也越大,靜摩擦力也越大。OmgNf勻速圓周運(yùn)動(dòng)側(cè)滑當(dāng)所需要的向心力大于所能提供的向心力（即最大靜摩擦力）時(shí)，汽車將發(fā)生側(cè)滑現(xiàn)象?；疖囖D(zhuǎn)彎--水平面內(nèi)的圓周運(yùn)動(dòng)觀察：火車車輪的構(gòu)造。思考：火車轉(zhuǎn)彎時(shí)所需的向心力是由哪些力提供的？車輪的構(gòu)造：[問(wèn)題]：如果轉(zhuǎn)彎處內(nèi)外軌一樣高，火車轉(zhuǎn)彎需要的向心力由什么力來(lái)提供呢？火車轉(zhuǎn)彎NFNG內(nèi)軌外軌向心力由外側(cè)軌道對(duì)車輪輪緣的彈力提供。缺點(diǎn)：火車質(zhì)量很大，輪緣和外軌間的相互作用力很大，鐵軌容易損壞、變形，發(fā)生危險(xiǎn)。外軌對(duì)輪緣的彈力請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)一個(gè)方案，讓火車既能安全通過(guò)彎道，又能減少軌道與輪緣的擠壓？外內(nèi)在實(shí)際火車與軌道設(shè)計(jì)中，利用輪緣擠壓只能增加小部分的向心力；墊高外軌可增加較多的向心力。外軌略高于內(nèi)軌（傾斜軌道）解決方案火車轉(zhuǎn)彎時(shí)，外軌道應(yīng)該適當(dāng)墊高。使火車以一定速度通過(guò)彎道時(shí)，受到重力與支持力的合力恰好提供向心力，此時(shí)內(nèi)軌和外軌同輪緣之間向心力完全由重力G和支持力FN的合力提供FN均無(wú)擠壓。θFNGOF合F合＝mgtanθθ限定速度臨界速度：1、軌道對(duì)輪緣無(wú)擠壓，此時(shí)火車的速度為多大？GFNθ①當(dāng)時(shí)，F(xiàn)>O內(nèi)軌對(duì)輪緣產(chǎn)生向外的彈力。FGFNθF<②當(dāng)時(shí)，O外軌對(duì)輪緣產(chǎn)生向內(nèi)的彈力。轉(zhuǎn)彎速度過(guò)快呢？F其他交通工具的轉(zhuǎn)彎：轉(zhuǎn)彎速度過(guò)大引起的思考：汽車過(guò)橋--豎直平面內(nèi)的圓周運(yùn)動(dòng)黃石長(zhǎng)江大橋?yàn)o定橋汽車過(guò)拱形橋[想一想]：如果汽車在拱形橋上，以某一速度v通過(guò)拱形橋的最高點(diǎn)的時(shí)候，路面受到的壓力大小還等于重力嗎？汽車過(guò)凹形橋

拱形橋：凹形橋：思考：你能解釋為什么拱形造價(jià)高卻最常見嗎？水平橋：探究結(jié)論汽車經(jīng)過(guò)不同類型的橋時(shí)壓力不同：航天中的失重現(xiàn)象1.一輛卡車在丘陵地勻速行駛,地形如圖所示,由于輪胎太舊,途中爆胎,爆胎可能性最大的地段應(yīng)是()A.a處

B.b處

C.c處

D.d處abcd揭開“過(guò)山車”和“水流星”之謎水流星過(guò)山車G最高點(diǎn)FN揭開