2020高一物理：第二章第二節(jié)向心力ppt課件

1、第二節(jié)向心力為_(kāi)，將 代入得_.Fm2r一、向心力1做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體受到的合外力不為零，總是沿半徑指向_，這個(gè)力叫做向心力圓心垂直2向心力的方向：沿半徑指向圓心，和質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)方向_向心力不改變速度的_，只改變速度的_方向3向心力的大?。何矬w做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)所受向心力大小vr大小v2rFm在下列圓周運(yùn)動(dòng)中，感受(1)小球在杯中做圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，你握杯的手有什么感覺(jué)？(2)如果突然將杯子提開(kāi)，將會(huì)發(fā)生什么現(xiàn)象？圖 221答案：(1)球做圓周運(yùn)動(dòng)，對(duì)杯有力的作用，手有晃動(dòng)的感覺(jué)(2)球沿直線飛出去二、向心加速度1根據(jù)牛頓第二定律 Fma，結(jié)合向心力大小公式得，向心加速度大小為_(kāi)或_.a2rav2r2向

2、心加速度的方向：沿半徑指向圓心，和質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)方向_垂直三、生活中的向心力1如圖 222 甲所示，汽車在水平的公路上轉(zhuǎn)彎時(shí)靠車輪與路面間的_來(lái)提供向心力，如果轉(zhuǎn)彎時(shí)汽車速度過(guò)快，則這個(gè)_不足以提供汽車所需的向心力，汽車就容易滑出路面靜摩擦力靜摩擦力2如圖 222 乙所示，汽車在外高內(nèi)低的傾斜的路面轉(zhuǎn)彎 ， 假設(shè)轉(zhuǎn)彎時(shí)所需的向心力完全由 _ 和地面的_的合力 F 來(lái)提供，設(shè)彎道半徑為 R，汽車行駛的速度從式中可以知道，車速越快，彎道半徑越小，需要的向心力就越_，傾斜的角度也越_摩托車賽車手拐彎時(shí)向里傾斜的道理也是如此重力(mg)支持力(N)mgtan圖 222為v，質(zhì)量為m，傾斜的角度為，則有F_.

3、 大大要點(diǎn)1向心力的理解1. 向心力公式：2向心力的性質(zhì)(1)向心力是效果力向心力因其方向時(shí)刻指向圓心而得名，故它為效果力向心力的作用效果是只改變速度的方向而不改變速度的大小它不是具有特定性質(zhì)的某種力，任何性質(zhì)的力都可以作為向心力，受力分析時(shí)不分析向心力(2)向心力是變力向心力的方向指向圓心，與線速度方向垂直，方向時(shí)刻在改變，故向心力是變力3. 向心力的來(lái)源(1)在勻速圓周運(yùn)動(dòng)中，合外力一定是向心力；非勻速圓周運(yùn)動(dòng)中，合外力沿半徑方向的分力提供向心力(2)向心力是按力的作用效果來(lái)命名的，充當(dāng)向心力的力可以是重力、彈力和摩擦力等各種力，也可以是各力的合力或某力的分力4向心力與質(zhì)量、角速度、線速度

4、和半徑的關(guān)系(1)當(dāng)質(zhì)量和角速度一定時(shí)，向心力與半徑成正比(2)當(dāng)質(zhì)量和線速度一定時(shí)，向心力與半徑成反比(3)當(dāng)質(zhì)量和半徑一定時(shí)，向心力與角速度(或線速度)的二次方成正比(4)當(dāng)角速度(或線速度)和半徑一定時(shí)，向心力與質(zhì)量成正比【例1】?jī)蓚€(gè)質(zhì)量分別是 m1 和 m2 的光滑小球套在光滑水平桿上，用長(zhǎng)為 L 的細(xì)線連接，水平桿隨框架以角速度做勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，兩球在桿上相對(duì)靜止，如圖 223 所示求兩球離轉(zhuǎn)動(dòng)中心的距離 R1 和 R2 及細(xì)線的拉力圖 223解得R1，R2m2Lm1m2m1Lm1m2Fm1m22Lm1m2.解：繩對(duì)m1和m2的拉力是它們做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力，根據(jù)題意得R1R2L，R2LR1

5、對(duì)m1有Fm12R1對(duì)m2有Fm22R2m22(LR1)所以m12R1m22(LR1)1圖 224 甲為游樂(lè)場(chǎng)的懸空旋轉(zhuǎn)椅，我們把這種情況抽象為圖 224 乙的模型：一質(zhì)量 m40 kg 的球通過(guò)長(zhǎng) L12.5 m 的輕繩懸于豎直面內(nèi)的直角桿上，水平桿長(zhǎng) L7.5 m整個(gè)裝置繞豎直桿轉(zhuǎn)動(dòng),繩子與豎直方向成角.當(dāng)37時(shí)，(g9.8 m/s2，sin 370.6，cos 370.8)求：(1)繩子的拉力大??；(2)該裝置轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度圖 224解：(1)對(duì)球受力分析如圖8 所示，那么F拉mgcos 37代入數(shù)據(jù)得 F拉490 N(2)小球做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力由繩拉力和重力的合力提供，有 mgtan 3

6、7m2(Lsin 37L)解得代入數(shù)據(jù)得0.7 rad/s.圖8要點(diǎn)2向心加速度的理解1定義：做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體具有沿半徑指向圓心的加速度，叫做向心加速度2方向：時(shí)刻與物體的速度方向垂直且指向圓心4向心加速度與角速度、線速度和半徑的關(guān)系(1)當(dāng)線速度大小一定時(shí)，向心加速度與軌道半徑成反比(2)當(dāng)角速度一定時(shí)，向心加速度與軌道半徑成正比(3)當(dāng)半徑一定時(shí)，向心加速度與角速度的平方成正比，也與線速度的平方成正比5實(shí)質(zhì)：向心加速度是描述線速度方向改變快慢的物理量，其方向時(shí)刻發(fā)生變化，且總是沿著軌跡半徑指向圓心的方向，所以勻速圓周運(yùn)動(dòng)是變加速運(yùn)動(dòng)【例2】如圖 225 所示為一皮帶傳動(dòng)裝置，傳動(dòng)時(shí)不打

7、滑，O1 輪的半徑為 O2 輪半徑的兩倍，O1 輪緣和 O2 輪緣上分傳動(dòng)過(guò)程中 A、B、C 三點(diǎn)的向心加速度分別為 aA、aB、aC，那么()圖 225AaA aB aC1 2 1 BaA aB aC1 2 4CaA aB aC2 1 2 DaA aB aC1 2 2答案：B2如圖 226 所示的皮帶傳動(dòng)裝置中，輪 A 和輪 B 同軸，A、B、C 分別是三個(gè)輪邊緣的質(zhì)點(diǎn)，且 RARC2RB，那么)A三質(zhì)點(diǎn)的向心加速度之比 aA aB aC 等于(圖 226A4 2 1B2 1 2C1 2 4 D4 1 4要點(diǎn)3豎直平面內(nèi)的圓周運(yùn)動(dòng)1圖 227 甲、乙所示的是沒(méi)有物體支撐的小球在豎直平面做圓周

8、運(yùn)動(dòng)過(guò)最高點(diǎn)的情況(1)能過(guò)最高點(diǎn)的臨界條件：繩子或軌道對(duì)小球沒(méi)有力的作用由 mgmv2R得 v臨界 .(2)能過(guò)最高點(diǎn)的條件：v .當(dāng) v 時(shí)，繩對(duì)球產(chǎn)生拉力，軌道對(duì)球產(chǎn)生壓力(3)不能過(guò)最高點(diǎn)的條件：vv臨界(實(shí)際上球還沒(méi)到最高點(diǎn)時(shí)就脫離了軌道)圖 2272如圖 227 丙所示情形，小球與輕質(zhì)桿相連桿與繩不同，它既能產(chǎn)生拉力，也能產(chǎn)生壓力(1)能過(guò)最高點(diǎn)的臨界條件：v臨界0，此時(shí)支持力 Nmg.(2)當(dāng) 0v時(shí)，N 為支持力，有 0Nmg，且 N 隨 v的增大而減小(3)當(dāng) v時(shí)，N0.(4)當(dāng) v，N 為拉力，有 N0，N 隨 v 的增大而增大【例3】一細(xì)桿與水桶相連，水桶中裝有水，水桶

9、與細(xì)桿一起在豎直平面內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng)，如圖 228 所示水的質(zhì)量m0.5 kg，水的重心到轉(zhuǎn)軸的距離 l50 cm.(取 g10 m/s2，不計(jì)空氣阻力)圖 228(1)若在最高點(diǎn)水不流出來(lái)，求桶的最小速率；(2)若在最高點(diǎn)水桶的速率 v3 m/s，求水對(duì)桶底的壓力解：(1)以水桶中的水為研究對(duì)象，在最高點(diǎn)恰好不流出來(lái)，說(shuō)明水的重力恰好提供其做圓周運(yùn)動(dòng)所需的向心力，此時(shí)桶的速率最小此時(shí)有mgmv2l則所求的最小速率為(2)在最高點(diǎn)，水具有向下的向心加速度，處于失重狀態(tài)，其向心加速度的大小由桶底對(duì)水的壓力和水的重力決定3. 質(zhì)量相等的小球 A、B 分別固定在輕桿的中點(diǎn)及端點(diǎn)，當(dāng)棒在光滑的水平面上繞

10、O 點(diǎn)勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，如圖 229 所示，求 A、B 兩球所受的拉力之比圖 229解：隔離A、B受力分析，如圖9所示由于A、B放在水平面上，故GFN，又由A、B固定在同一根輕桿上，所以A、B的角速度相同，設(shè)角速度為，則由向心力公式可得對(duì)A：FOAFBAm2r對(duì)B：FABm22r而FBAFAB聯(lián)立以上式子得FOAFAB32.圖 9要點(diǎn)4生活中的圓周運(yùn)動(dòng)1汽車通過(guò)橋的最高點(diǎn)時(shí)，汽車所受的重力和橋?qū)ζ嚨闹С至υ谝粭l直線上，它們的合力提供汽車做圓周運(yùn)動(dòng)所需的向心力(1)凸形橋：如圖 2210 甲所示，當(dāng)汽車通過(guò)橋的最高點(diǎn)時(shí)，汽車對(duì)橋的壓力小于汽車所受的重力重力 G 和支持力N 的合力為汽車做圓周運(yùn)動(dòng)的向心

11、力，根據(jù)牛頓第二定律有 F向壓力圖 2210(2)凹形橋：如圖 2210 乙所示，當(dāng)汽車通過(guò)橋的最低點(diǎn)時(shí)，汽車對(duì)橋的壓力大于汽車所受的重力重力 G 和支持力N 的合力為汽車做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力，根據(jù)牛頓第二定律有 F向汽車過(guò)拱橋的分析方法對(duì)蕩秋千過(guò)程中通過(guò)最低點(diǎn)和游樂(lè)園里的過(guò)山車通過(guò)最低點(diǎn)、最高點(diǎn)的分析同樣適用2在航天器中所有和重力有關(guān)的儀器都無(wú)法使用(1)彈簧測(cè)力計(jì)無(wú)法測(cè)量物體的重力，但仍能測(cè)量拉力或壓力的大小(2)無(wú)法用天平測(cè)量物體的質(zhì)量【例4】有一輛質(zhì)量為 1.2 t 的小汽車駛上半徑為 50 m 的圓弧形拱橋，如圖 2211 所示求：(1)汽車到達(dá)橋頂?shù)乃俣葹?10 m/s 時(shí)對(duì)橋的壓力

12、有多大？(2)汽車以多大的速度經(jīng)過(guò)橋頂時(shí)恰好對(duì)橋沒(méi)有壓力作用而騰空？(3)設(shè)想拱橋的半徑增大到與地球半徑一樣，那么汽車要在這樣的橋面上騰空，速度要多大？(重力加速度 g 取 10 m/s2，地球半徑 R 取 6.4106 m)圖 22114在用高級(jí)瀝青鋪設(shè)的高速公路上，汽車的設(shè)計(jì)時(shí)速是108 km/h.汽車在這種路面上行駛時(shí)，它的輪胎與地面的最大靜摩擦力等于車重的 0.6 倍如果汽車在這種高速路的水平彎道上拐彎，假設(shè)彎道的路面是水平的，其彎道的最小半徑是多少？如果高速路上設(shè)計(jì)了圓弧拱橋做立交橋，要使汽車能夠安全通過(guò)圓弧拱橋，這個(gè)圓弧拱橋的半徑至少是多少？(取 g10 m/s2)【例 5】(雙選)如圖 2212 所示，長(zhǎng)為 L 的懸線固定在L2拉到跟懸點(diǎn)在同一水平面上無(wú)初速度釋放，小球運(yùn)動(dòng)到懸點(diǎn)正)圖 2212下方時(shí)懸線碰到釘子，則小球的(A線速