人教版高中物理必修二 （向心力）圓周運動教學課件

向心力

上節(jié)回顧做圓周運動的物體，其運動狀態(tài)在不斷變化，說明物體一定受到力的作用。觀察鏈球的運動，當運動員松開手后鏈球的運動是如何的？你認為鏈球做圓周運動的力指向何方？勻速圓周運動線速度的大小處處相等的圓周運動叫做勻速圓周運動勻速圓周運動的速度方向在不斷變化是一種變速運動必然具有加速度做勻速圓周運動的物體所受合外力不為零光滑桌面上一個小球由于細線的牽引，繞桌面上的圖釘做勻速圓周運動。小球受到幾個力的作用？這幾個力的合力沿什么方向？FN=G合力指向圓心勻速圓周運動的物體向心力方向，根據(jù)牛頓第二定律，加速度方向和合外力方向一致指向圓心若所受合力與線速度夾銳角

這個力對物體線速度起推動作用若所受合力與線速度夾鈍角

這個力對物體線速度起阻礙作用做勻速圓周運動的物體的合力與線速度垂直，即指向圓心用圓錐擺粗略驗證向心力小球受到哪些力的作用？向心力由什么力提供？rθOGF合F向心力由拉力F和重力G的合力提供vFvFvF人造衛(wèi)星繞地球運行時，也應受到向心力的作用向心力定義：做勻速圓周運動的物體一定受到一個指向圓心的合力，這個合力叫做向心力。①方向時刻發(fā)生變化（始終指向圓心且與速度方向垂直）②向心力的作用：只改變線速度的方向不改變速度大小③向心力是根據(jù)力的作用效果來命名的，它可以是某一個力，或者是幾個力的合力來提供。Fn=mrω2

Fn

=mvωFn

=mv2/rFn

=mr(2π/T)2公式：O小球受力分析：OGFNF向心力由小球受到的桌面支持力FN、小球的重力G、繩子的拉力的合力提供。F向=F合=F勻速圓周運動實例分析——向心力的來源物體相對轉(zhuǎn)盤靜止，隨盤做勻速圓周運動F向=F合=f由小球受到的重力、支持力、靜摩擦力三個力的合力提供。即圓盤對木塊的靜摩擦力f

ωOGFNFf勻速圓周運動實例分析——向心力的來源GFfFNω物塊隨著圓桶一起勻速轉(zhuǎn)動物塊做勻速圓周運動時，合力提供向心力，即桶對物塊的支持力。勻速圓周運動實例分析——向心力的來源θO'ORωθωθmmOrmgFNF合mgFNF合F合＝mgtanθ豎直方向:FNcosθ＝mg水平方向:F合=mω2r豎直方向：FNcosθ＝mg水平方向：F合=mω2Rsinθ沿光滑漏斗或碗內(nèi)壁做圓周運動的小球勻速圓周運動實例分析——向心力的來源⑴向心力是根據(jù)效果命名的力，并不是一種新的性質(zhì)的力。⑵向心力的來源：可以是重力、彈力、摩擦力等各種性質(zhì)的力，也可以是幾個力的合力，還可以是某個力的分力。

物體做勻速圓周運動時，由合力提供向心力。向心力不是物體真實受到的一個力，不能說物體受到向心力的作用，只能說某個力或某幾個力提供了向心力。做變速圓周運動的物體所受的力FFnFt加速Ft切向分力，它產(chǎn)生切向加速度，改變速度的大小.Fn向心分力，它產(chǎn)生向心加速度，改變速度的方向.同時具有向心加速度和切向加速度的圓周運動就是變速圓周運動，勻速圓周運動切向加速度為零。把一般曲線分割為許多極短的小段，每一段都可以看作為一小段圓弧，而這些圓弧的彎曲程度不一樣，表明它們具有不同的曲率半徑。在注意到這點區(qū)別之后，分析質(zhì)點經(jīng)過曲線上某位置的運動時，就可以采用圓周運動的分析方法對一般曲線運動進行處理了。r1r2

處理一般曲線運動的方法：關(guān)于向心力說法中正確的是（）A、物體由于做圓周運動而產(chǎn)生的力叫向心力；B、向心力不改變速度的大小；C、做勻速圓周運動的的物體所受向心力是不變的；D、向心力是除物體所受重力、彈力以及摩擦力以外的一種新的力B用細線拴住一球做勻速圓周運動，下列說法中正確的是（）A.在線速度一定情況下，線越長越易斷B.在線速度一定情況下，線越短越易斷C.在角速度一定情況下，線越長越易斷D.在角速度一定情況下，線越短越易斷BC甲乙兩物體都做勻速圓周運動,其質(zhì)量之比為1∶2,轉(zhuǎn)動半徑之比為1∶2,在相同時間內(nèi)甲轉(zhuǎn)過4周，乙轉(zhuǎn)過3周.則它們的向心力之比為（）A.1∶4B.2∶3C.4∶9D.9∶16CFn=m

v2rFn=m

rω2Fn

=m

r

4π2T

2指向圓心改變速度的方向向心力的方向：向心力的作用效果：向心力的大小變速圓周運動中的合力并非向心力課堂小結(jié)THANKS謝謝聆聽第七章萬有引力與宇宙航行第4節(jié)宇宙航行

1

知道三個宇宙速度的含義和數(shù)值，會計算第一宇宙速度．(重點)2

掌握人造衛(wèi)星的線速度、角速度、周期與軌道半徑的關(guān)系．(重點)3

理解近地衛(wèi)星、同步衛(wèi)星的區(qū)別．(難點)4

掌握衛(wèi)星的變軌問題．(難點)學習目標top1top2目錄

/CONTENTS宇宙速度top3人造地球衛(wèi)星計算天體的載人航天與太空探索密度新課引入1.登月過程需要解決的問題？（1）如何讓嫦娥五號飛出地球？（2）如何讓嫦娥五號飛向月球？（3）如何讓航天器飛向宇宙？新課引入2、（1）拿一支粉筆水平拋出，粉筆做什么運動？（2）在相同高度使拋出時的速度更大一些，與第一次拋出有什么區(qū)別？（3）是否可以一直運動不掉下來？為什么會這樣呢？可以看作平拋運動水平飛出的距離更遠不可以，因為受到重力作用，粉筆會向下運動。新課引入如圖所示，在1687年出版的《自然哲學的數(shù)學原理》中，牛頓設想：把物體從高山上水平拋出，速度一次比一次大，落地點也就一次比一次遠；拋出速度足夠大時，物體就不會落回地面，成為人造地球衛(wèi)星。你知道這個速度究竟有多大嗎？一、宇宙速度思考：以多大的速度拋出這個物體，它才會繞地球表面運動，不會落下來？（已知Ｇ=6.67×10-11Nm2/kg2，地球質(zhì)M=6×1024kg，地球半徑R=6400km，地球表面重力加速度g=9.8m/s2）這就是物體在地球附近繞地球做勻速圓周運動的速度，叫作第一宇宙速度（環(huán)繞速度）。1.第一宇宙速度的分析與計算(1)環(huán)繞法：萬有引力提供物體作圓周運動的向心力一、宇宙速度1.第一宇宙速度的分析與計算思考：以多大的速度拋出這個物體，它才會繞地球表面運動，不會落下來？（已知Ｇ=6.67×10-11Nm2/kg2，地球質(zhì)M=6×1024kg，地球半徑R=6400km，地球表面重力加速度g=9.8m/s2）(2)拱橋法：當支持力為0時，重力提供物體作圓周運動的向心力。mgFN一、宇宙速度（2）是航天器成為衛(wèi)星的最小發(fā)射速度2.是衛(wèi)星的最大環(huán)繞速度（1）第一宇宙速度的大?。簐=7.9×103km/s;1.第一宇宙速度的分析與計算發(fā)射衛(wèi)星的軌道越高，需要克服萬有引力的阻礙作用越多，所以發(fā)射速度需要增加。因此第一宇宙速度也是航天器成為衛(wèi)星的最小發(fā)射速度。

剛好貼著地球表面更高的軌道因此第一宇宙速度也是衛(wèi)星的最大環(huán)繞速度。一、宇宙速度2.認識第二宇宙速度理論研究指出，在地面附近發(fā)射飛行器，如果速度大于7.9km/s，又小于11.2km/s，它繞地球運行的軌跡就不是圓，而是橢圓。當飛行器的速度等于或大于11.2km/s時，它就會克服地球的引力，永遠離開地球。我們把

11.2km/s叫作第二宇宙速度（逃逸速度）。一、宇宙速度3.認識第三宇宙速度達到第二宇宙速度的飛行器還無法脫離太陽對它的引力。在地面附近發(fā)射飛行器，如果要使其掙脫太陽引力的束縛，飛到太陽系外，必須使它的速度等于或大于

16.7km/s，這個速度叫作第三宇宙速度（脫離速度）。注意：在地面發(fā)射速度大于7.9km/s，而小于11.2km/s，衛(wèi)星繞地球運動的軌跡不是圓，而是橢圓；等于或大于11.2km/s時，衛(wèi)星就會脫離地球的引力，永遠離開地球。一、宇宙速度數(shù)值意義第一宇宙速度___km/s(1)衛(wèi)星在地球表面附近繞地球做_____________的速度(2)人造衛(wèi)星的最小地面發(fā)射速度第二宇宙速度____km/s使衛(wèi)星掙脫_____引力束縛的最小地面發(fā)射速度第三宇宙速度____km/s使衛(wèi)星掙脫_____引力束縛的_____地面發(fā)射速度7.9勻速圓周運動11.2地球16.7太陽最小二、人造衛(wèi)星錢學森中國航天之父我國第一顆人造地球衛(wèi)星“東方紅1號”

自首顆人造地球衛(wèi)星發(fā)射后，人類已經(jīng)發(fā)射數(shù)千顆人造地球衛(wèi)星，目前在軌有效運行的衛(wèi)星有上千顆，其中通信、導航、氣象等衛(wèi)星已極大地改變了人類的生活。二、人造衛(wèi)星二、人造衛(wèi)星（一）人造地球衛(wèi)星的軌道特點1、衛(wèi)星繞地球運動的軌道可以是橢圓軌道，也可以是圓軌道．(1)衛(wèi)星繞地球沿橢圓軌道運動時，地心是橢圓的一個焦點，衛(wèi)星的周期和半長軸的關(guān)系遵循開普勒第三定律．(2)衛(wèi)星繞地球沿圓軌道運動時，因為地球?qū)πl(wèi)星的萬有引力提供了衛(wèi)星繞地球運動的向心力，而萬有引力指向地心，所以地心必定是衛(wèi)星圓軌道的圓心．(3)衛(wèi)星的軌道平面可以在赤道平面內(nèi)(如同步衛(wèi)星)，可以通過兩極上空(極地軌道)，也可以和赤道平面成任一角度，如圖所示．二、人造衛(wèi)星二、人造衛(wèi)星二、人造衛(wèi)星3.人造地球衛(wèi)星的分類（1）近地衛(wèi)星：指衛(wèi)星軌道半徑近似等于地球半徑，即貼近地表。二、人造衛(wèi)星3.人造地球衛(wèi)星的分類（2）同步衛(wèi)星的“六個一定”①軌道平面一定：赤道平面②周期與角速度一定：T=24h⑤運轉(zhuǎn)方向一定:自西向東③軌道半徑一定:r=6.6R④速度大小一定:v=3.08km/s⑥向心加速度的大小一定:二、人造衛(wèi)星（3）同步衛(wèi)星的用途：主要用于通信，故也稱通信衛(wèi)星。3顆同步衛(wèi)星可實現(xiàn)全球覆蓋,為了使同步衛(wèi)星之間不相互干擾，大約3°左右才能放置一顆同步衛(wèi)星，也就是說，地球上空只能放下120顆同步衛(wèi)星。截止2012年，已發(fā)射100多顆。三、載人航天與太空探索

1961年4月12日，蘇聯(lián)航天員加加林進入稱為第一個進入太空的人類。

1969年阿波羅登月，阿姆斯特朗說了那名言：“對個人來說，這不過是小小的一步，但對人類而言,卻是巨大飛E躍?！闭n堂小結(jié)宇宙航行宇宙速度第一宇宙速度（環(huán)繞速度）:第二宇宙速度（逃逸速度）:第三宇宙速度（脫離速度）:v2=11.2km/sv1=7.9km/sv3=16.7km/s人造地球衛(wèi)星載人航天與太空探索近地衛(wèi)星極地衛(wèi)星同步衛(wèi)星課堂檢測1.若取地球的第一宇宙速度為8km/s，某行星質(zhì)量是地球的6倍，半徑是地球的1.5倍，此行星的第一宇宙速度約為(

) A.16km/s B.32km/s C.4km/s D.2km/sA課堂檢測2.如圖所示，是同一軌道平面內(nèi)的三顆人造地球衛(wèi)星，下列說法正確的是()A.線速度vA＜vB＜vCB.根據(jù)萬有引力定律，可知FA＞FB＞FCC.角速度ωA＞ωB＞ωCD.向心加速度aA＜aB＜aCC課堂檢測3.設地球的質(zhì)量為M，半徑為R，自轉(zhuǎn)角速度為ω，萬有引力常量為G，同步衛(wèi)星離地心高度為r，地表重力加速度為g，則關(guān)于同步衛(wèi)星的速度v的表達式正確的是（）

A．

B．

C．