高中物理【向心力的分析及表達(dá)式的應(yīng)用】優(yōu)質(zhì)課件

向心力的分析及表達(dá)式的應(yīng)用學(xué)習(xí)目標(biāo)要求核心素養(yǎng)和關(guān)鍵能力1.理解向心力的概念，會分析向心力的來源。2.掌握向心力大小的表達(dá)式，并會應(yīng)用公式進(jìn)行有關(guān)的計算。3.能夠建立圓周運(yùn)動模型分析向心力的來源。1.科學(xué)思維：(1)控制變量法分析討論問題。(2)微元的思想。(3)實(shí)際問題模型化。2.關(guān)鍵能力：(1)數(shù)學(xué)方法的應(yīng)用。(2)建模能力。指向圓心mω2r圓心線速度4．來源(1)向心力是根據(jù)力的__________命名的。(2)勻速圓周運(yùn)動中向心力是由某個力或者幾個力的合力提供的。5．作用：改變線速度的方向。作用效果二

變速圓周運(yùn)動和一般曲線運(yùn)動的受力特點(diǎn)1．變速圓周運(yùn)動的合力________向心力，合力產(chǎn)生兩個方向的效果，如圖所示。

(1)跟圓周相切的分力Ft：改變線速度的________。(2)指向圓心的分力Fn：改變線速度的________。不等于大小方向2．一般的曲線運(yùn)動的處理方法(1)一般的曲線運(yùn)動：運(yùn)動軌跡既不是________也不是________的曲線運(yùn)動。(2)處理方法：可以把曲線分割為許多很短的小段，質(zhì)點(diǎn)在每一小段的運(yùn)動都可以看作__________的一部分，分析質(zhì)點(diǎn)經(jīng)過曲線上某位置的運(yùn)動時，可以采用________運(yùn)動的分析方法來處理。直線圓周圓周運(yùn)動圓周對向心力的理解

如圖所示，在線的一端系一個小球(請注意不要用較輕的球，如塑料球等)，另一端牽在手中。將手舉過頭頂，使小球在水平面內(nèi)做圓周運(yùn)動。(1)運(yùn)動中的小球受哪些力的作用？這些力的作用效果是什么？提示：(1)運(yùn)動中的小球受重力和繩子的拉力作用。這兩個力的合力提供小球做圓周運(yùn)動的向心力。(2)改變小球轉(zhuǎn)動的快慢、線的長度或球的質(zhì)量，小球?qū)κ值睦θ绾巫兓刻崾荆盒∏蜣D(zhuǎn)動的越快，向心力越大，小球?qū)κ值睦υ酱?；線越長，向心力越大，小球?qū)κ值睦υ酱?；小球的質(zhì)量越大，向心力越大，小球?qū)κ值睦υ酱蟆?．向心力是效果力向心力因其方向時刻指向圓心而得名，故它為效果力。向心力的作用效果是只改變速度方向，不改變速度大小。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。受力分析時不分析向心力。3．向心力的來源在勻速圓周運(yùn)動中合力一定是向心力；非勻速圓周運(yùn)動中，沿半徑方向的合力提供向心力。向心力是按力的作用效果命名的，充當(dāng)向心力的力可以是重力、彈力、摩擦力等各種力，也可以是各力的合力或某力的分力。應(yīng)明確各種情況下向心力的來源。角度1對向心力的理解關(guān)于向心力，下列說法中正確的是(

)A．物體由于做圓周運(yùn)動而產(chǎn)生一個向心力B．向心力不改變物體做圓周運(yùn)動的速度大小C．做勻速圓周運(yùn)動的物體其向心力是恒力D．所有圓周運(yùn)動的物體所受的合力即為向心力B[解析]由于物體所受合力總是指向圓心，導(dǎo)致物體做圓周運(yùn)動，按效果命名稱之為向心力，A錯誤；做勻速圓周運(yùn)動的物體向心力大小不變，方向時刻在變，故向心力是變力，它只改變速度方向，不改變速度大小，B正確，C錯誤；只有做勻速圓周運(yùn)動的物體所受的合力才為向心力，D錯誤。角度2對向心力來源的分析

(多選)用細(xì)繩拴著的小球做圓錐擺運(yùn)動，如圖所示。下列說法正確的是(

)A．小球受到重力、繩子的拉力和向心力的作用B．小球做圓周運(yùn)動的向心力是重力和繩子的拉力的合力C．向心力的大小可以表示為Fn＝mrω2，也可以表示為Fn＝mgtanθD．小球所受合力為恒力BC[解析]

因?yàn)橄蛐牧κ切Ч?，并不是?shí)際受力，受力分析時不分析，A錯誤；小球受重力和繩子的拉力而做勻速圓周運(yùn)動，所以小球做圓周運(yùn)動的向心力是由重力和繩子的拉力的合力提供的，B正確；根據(jù)向心力公式可知Fn＝mrω2，根據(jù)受力分析也可得到Fn＝mgtanθ，C正確；小球所受合力提供向心力，方向時刻指向圓心，力的方向一直在變，是變力，D錯誤。[名師點(diǎn)評]

分析向心力來源的幾種典型實(shí)例實(shí)例向心力示意圖用細(xì)線拴住的小球在豎直面內(nèi)轉(zhuǎn)動至最高點(diǎn)時細(xì)線的拉力和重力的合力提供向心力，F(xiàn)向＝FT＋G用細(xì)線拴住小球在光滑水平面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動細(xì)線的拉力提供向心力，F(xiàn)向＝FT

1.如圖所示，在勻速轉(zhuǎn)動的圓筒內(nèi)壁上有一物體隨圓筒一起轉(zhuǎn)動而未滑動。當(dāng)圓筒的角速度ω增大以后，下列說法正確的是(

)A．物體所受彈力增大，摩擦力也增大B．物體所受彈力增大，摩擦力減小C．物體所受彈力和摩擦力都減小D．物體所受彈力增大，摩擦力不變D解析：物體在豎直方向上始終受力平衡，所以摩擦力不變。物體所受彈力提供向心力，由于物體隨圓筒轉(zhuǎn)動的角速度增大，向心力增大，所以彈力增大。故D正確。2.(多選)如圖所示，一小球用細(xì)繩懸掛于O點(diǎn)，將其拉離豎直位置一個角度后釋放，則小球以O(shè)點(diǎn)為圓心做圓周運(yùn)動，運(yùn)動中小球所需的向心力是(

)A．繩的拉力B．重力和繩拉力的合力C．重力和繩拉力的合力沿繩方向的分力D．繩的拉力和重力沿繩方向分力的合力CD解析：如圖所示，對小球進(jìn)行受力分析，它受重力和繩子拉力的作用，向心力是指向圓心方向的合力。因此，向心力可以說是小球所受合力沿繩方向的分力，也可以說是各力沿繩方向的分力的合力，故C、D正確。

如圖所示，飛機(jī)在空中水平面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動；在光滑漏斗內(nèi)壁上，小球做勻速圓周運(yùn)動。試分析：勻速圓周運(yùn)動的處理方法(1)飛機(jī)和小球受到哪些力的作用？它們的向心力由什么力提供？提示：(1)飛機(jī)受到重力和空氣對飛機(jī)的作用力，二者的合力提供向心力；小球受漏斗內(nèi)壁彈力和重力作用，二者的合力提供向心力。(2)若知道飛機(jī)和小球做圓周運(yùn)動的半徑，還需要知道哪些信息才能求得飛機(jī)和小球運(yùn)動的速度大??？提示：(2)計算飛機(jī)和小球的速度大小分別還需要知道飛機(jī)做圓周運(yùn)動時機(jī)身傾斜的角度和漏斗內(nèi)壁的傾角。1．勻速圓周運(yùn)動的分析(1)向心力的來源：做勻速圓周運(yùn)動的物體所需要的向心力由物體受到的合力提供，即F向＝F合。(2)勻速圓周運(yùn)動的三個特點(diǎn)①線速度大小不變、方向時刻改變。②角速度、周期、轉(zhuǎn)速都恒定不變。③向心力的大小恒定不變，但方向時刻改變，沿半徑指向圓心。2．勻速圓周運(yùn)動問題的解題步驟如圖所示，一質(zhì)量為m的小球在光滑的半球形碗內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動，軌道平面在水平面內(nèi)。已知小球與半球形碗的球心O的連線跟豎直方向的夾角為θ，半球形碗的半徑為R，求小球做圓周運(yùn)動的速度大小及碗壁對小球的彈力大小。[名師點(diǎn)評]分析勻速圓周運(yùn)動的步驟A4．圖甲為游樂園中“空中飛椅”的游戲設(shè)施，它的基本裝置是將繩子上端固定在轉(zhuǎn)盤的邊緣上，繩子的下端連接座椅，人坐在座椅上隨轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)而在空中飛旋。若將人和座椅看成一個質(zhì)點(diǎn)，則可簡化為如圖乙所示的物理模型，其中P為處于水平面內(nèi)的轉(zhuǎn)盤，可繞豎直轉(zhuǎn)軸OO′轉(zhuǎn)動，設(shè)繩長l＝10m，質(zhì)點(diǎn)的質(zhì)量m＝60kg，轉(zhuǎn)盤靜止時質(zhì)點(diǎn)與轉(zhuǎn)軸之間的距離d＝4.0m，轉(zhuǎn)盤逐漸加速轉(zhuǎn)動，經(jīng)過一段時間后質(zhì)點(diǎn)與轉(zhuǎn)盤一起做勻速圓周運(yùn)動，此時繩與豎直方向的夾角θ＝37°。不計空氣阻力及繩重，且繩不可伸長，sin37°＝0.6，cos37°＝0.8，g取10m/s2，求質(zhì)點(diǎn)與轉(zhuǎn)盤一起做勻速圓周運(yùn)動時：(1)繩子拉力的大?。淮鸢福?1)625N(2)轉(zhuǎn)盤角速度的大小。

蕩秋千是小朋友很喜歡的游戲，如圖所示是蕩秋千的情景。變速圓周運(yùn)動和一般曲線運(yùn)動的處理方法(1)當(dāng)秋千向下蕩時，小朋友做的是勻速圓周運(yùn)動還是變速圓周運(yùn)動？提示：(1)小朋友做的是變速圓周運(yùn)動。1．變速圓周運(yùn)動受力特點(diǎn)：變速圓周運(yùn)動中的合力并不指向圓心，合力F可以分解為互相垂直的兩個力(如圖所示)。(1)跟圓周相切的分力Ft：產(chǎn)生切向加速度，改變線速度的大小。(2)指向圓心的分力Fn：產(chǎn)生向心加速度，改變線速度的方向。[易錯提醒]變速圓周運(yùn)動中合力不再與速度垂直，若合力與速度方向的夾角為θ，則當(dāng)θ<90°時，線速度變大；θ>90°時，線速度減小。一般的曲線運(yùn)動可以分成很多小段，每小段都可以看成圓周運(yùn)動的一部分，即把整條曲線用一系列不同半徑的小圓弧來代替。如圖甲所示，曲線上A點(diǎn)的曲率圓定義為：通過A點(diǎn)和曲線上緊鄰A點(diǎn)兩側(cè)的兩點(diǎn)作一圓，在極限情況下，這個圓就叫作A點(diǎn)的曲率圓，其半徑ρ叫作A點(diǎn)的曲率半徑。現(xiàn)將一物體沿與水平面成α角的方向以速度v0拋出，如圖乙所示，則在其軌跡最高點(diǎn)P處的曲率半徑是(

)甲乙C

5.如圖所示，物塊P置于水平轉(zhuǎn)盤上隨轉(zhuǎn)盤一起運(yùn)動，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)盤逆時針轉(zhuǎn)動時，下列說法正確的是(

)A．當(dāng)轉(zhuǎn)盤勻速轉(zhuǎn)動時，P所受摩擦力方向?yàn)閏B．當(dāng)轉(zhuǎn)盤勻速轉(zhuǎn)動時，P不受轉(zhuǎn)盤的摩擦力C．當(dāng)轉(zhuǎn)盤加速轉(zhuǎn)動時，P所受摩擦力方向可能為aD．當(dāng)轉(zhuǎn)盤減速轉(zhuǎn)動時，P所受摩擦力方向可能為bA解析：轉(zhuǎn)盤勻速轉(zhuǎn)動時，物塊P所受的重力和支持力平衡，摩擦力提供其做勻速圓周運(yùn)動的向心力，故摩擦力方向指向圓心O點(diǎn)，A項(xiàng)正確，B項(xiàng)錯誤；當(dāng)轉(zhuǎn)盤加速轉(zhuǎn)動時，物塊P做加速圓周運(yùn)動，不僅有沿c方向指向圓心的向心力，還有指向a方向的切向力，使線速度大小增大，故摩擦力可能沿b方向，不可能沿a方向，C項(xiàng)錯誤；當(dāng)轉(zhuǎn)盤減速轉(zhuǎn)動時，物塊P做減速圓周運(yùn)動，不僅有沿c方向指向圓心的向心力，還有與a方向相反的切向力，使線速度大小減小，故摩擦力可能沿d方向，不可能沿b方向，D項(xiàng)錯誤。6．利用頻閃照相的方法研究單擺的運(yùn)動過程，從擺球離開左側(cè)最高點(diǎn)A時開始，每隔相同時間曝光一次，得到了一張記錄擺球從A位置由靜止運(yùn)動到右側(cè)最高點(diǎn)B的照片，如圖所示，其中擺球運(yùn)動到最低點(diǎn)C時，擺線在O′點(diǎn)被一釘子擋住。對照片進(jìn)行分析可知(

)A．?dāng)[球經(jīng)過C點(diǎn)前后瞬間角速度大小不變B．?dāng)[球經(jīng)過C點(diǎn)前后瞬間繩中拉力大小不變C．?dāng)[球在C點(diǎn)附近相鄰位置的間隔大，說明在C點(diǎn)附近相鄰位置間的運(yùn)動時間長D．?dāng)[球經(jīng)過C點(diǎn)前后瞬間線速度大小不變答案：D1．(多選)關(guān)于勻速圓周運(yùn)動的說法正確的是(

)A．勻速圓周運(yùn)動的速度大小保持不變，所以做勻速圓周運(yùn)動的物體沒有加速度B．做勻速圓周運(yùn)動的物體，雖然速度大小不變，但方向時刻都在改變，所以必有加速度C．做勻速圓周運(yùn)動的物體，加速度的大小保持不變，所以是勻變速(曲線)運(yùn)動D．勻速圓周運(yùn)動的物體加速度大小雖然不變，但加速度的方向始終指向圓心，加速度的方向時刻都在改變，所以勻速圓周運(yùn)動既