6.2向心力課件高一下學(xué)期物理人教版

第六章圓周運(yùn)動(dòng)2.向心力問題：游樂場里有各種有趣的游戲項(xiàng)目?？罩酗w椅因其刺激性而深受很多年輕人的喜愛。飛椅與人一起做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的過程中，受到了哪些力?所受合力的方向有什么特點(diǎn)?向心力做圓周運(yùn)動(dòng)的物體，其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)在不斷變化，說明物體一定受到了力的作用。那么迫使物體做圓周運(yùn)動(dòng)的力的方向有何特點(diǎn)呢?思考與討論一個(gè)小球在細(xì)線的牽引下，繞光滑桌而上的圖釘做勻速圓周運(yùn)動(dòng)(圖6.2-1)。用剪刀將細(xì)線剪斷，規(guī)察小球的運(yùn)動(dòng)，你認(rèn)為使小球做到周運(yùn)動(dòng)的力指向何方?忽略小球運(yùn)動(dòng)時(shí)受到的阻力，在桌面上做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的小球所受的合力為細(xì)線的拉力，拉力即為使小球做圓周運(yùn)動(dòng)的力，根據(jù)拉力的特點(diǎn)可以知道拉力的方向指向圓心。大量實(shí)例都表明: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)指向圓心的方就叫作向心力。對(duì)于做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體，物體的速度大小不發(fā)生改變，因此，所受合力只改變速度的方向。應(yīng)該強(qiáng)調(diào)的是，向心力并不是像重力、彈力、摩擦力那樣作為具有某種性質(zhì)的力來命名的。它是由某個(gè)力或者幾個(gè)力的合力提供的，是根據(jù)力的作用效果命名的。例如，地球繞太陽的運(yùn)動(dòng)可近似看作勻速圓周運(yùn)動(dòng)，太陽對(duì)地球的引力提供向心力;在本節(jié)的“問題”所說的空中飛椅項(xiàng)目中，飛椅與人一起做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力F則是由繩子斜向上方的拉力F和所受重力G的合力提供的(圖6.2-2)向心力的大小在物理學(xué)中，認(rèn)識(shí)物理量時(shí)可以先定性了解，然后再探究不同物理量之間的定量關(guān)系。因此，我們也先通過實(shí)驗(yàn)感受向心力大小與圓周運(yùn)動(dòng)的一些運(yùn)動(dòng)學(xué)量之間的定性關(guān)系，再通過實(shí)驗(yàn)，進(jìn)一步探究向心力的大小與這些量的定量關(guān)系。做一做感受向心力如圖6.2-3所示，在繩子的一端拴一個(gè)小沙袋(或其他小物體)，另一端握在手中。將手舉過頭頂，使沙袋在水平面內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng)。此時(shí)，沙袋所受的向心力近似等于手通過繩對(duì)沙袋的拉力。換用不同質(zhì)量的沙袋，并改變沙袋轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和繩的長度，感受向心力的變化。因?yàn)樯炒€受到重力的作用，手所提供的拉力不完全是向心力。但這個(gè)實(shí)驗(yàn)對(duì)于體會(huì)向心力的大小與哪些量有關(guān)，還是很有意義的。通過上面的實(shí)驗(yàn)可以發(fā)現(xiàn)，做圓周運(yùn)動(dòng)的物體所受向心力的大小與哪些因素有關(guān)系?我們還可以利用向心力演示器對(duì)此進(jìn)行更深入的定量研究。實(shí)驗(yàn)探究向心力大小的表達(dá)式向心力演示器如圖6.2-4所示。與速轉(zhuǎn)動(dòng)手柄1，可以使變速塔勢2和3以及長神4和短槽5隨之勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，槽內(nèi)的小玩也隨著做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。使小球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的向心力由橫臂6的擋板對(duì)小球的壓力提供。球?qū)醢宓姆醋饔昧?，通過橫警的杠桿作用使彈簧測力套筒7下降，從而露出標(biāo)尺8。根據(jù)標(biāo)尺8上露出的紅白相間等分標(biāo)記，可以粗略計(jì)算出兩個(gè)球所受向心力的比值。用上面介紹的器材研究向心力大小與物體的質(zhì)量、速度和軌道半徑的關(guān)系時(shí)，怎樣才能在改變某個(gè)物理量時(shí)保持其他物理量不變?精確的實(shí)驗(yàn)表明，向心力的大小可以表示為：變速圓周運(yùn)動(dòng)

和一般曲線運(yùn)動(dòng)的受力特點(diǎn)仔細(xì)觀察運(yùn)動(dòng)員擲鏈球時(shí)的動(dòng)作，結(jié)合于握繩子使沙袋加速轉(zhuǎn)動(dòng)的體會(huì)，可以發(fā)現(xiàn):我們使沙袋加速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),繩子牽引沙袋的方向并不與沙袋運(yùn)動(dòng)的方向垂直。也就是說，沙袋加速時(shí)，它所受的力并不嚴(yán)格指向運(yùn)動(dòng)軌跡的圓心。圖6.2-5表示做圓周運(yùn)動(dòng)的沙袋正在加速轉(zhuǎn)動(dòng)的情況O是沙袋運(yùn)動(dòng)軌跡的圓心，F(xiàn)是繩對(duì)沙袋的拉力。根據(jù)F產(chǎn)生的效果，可以把F分解為兩個(gè)相互垂直的分力:跟圓周相切的分力Ft和指向圓心的分力Fn。F1與沙袋運(yùn)動(dòng)的速度同向，使沙袋的速度越來越大;

Fn指向圓心，提供沙袋做周運(yùn)動(dòng)所需的向心力，改變沙袋速度的方向。思考與討論當(dāng)物體做圓周運(yùn)動(dòng)的線速度逐漸減小時(shí)，物體所受合力的方向與速度方向的夾角是大于90°還是小于90°呢?運(yùn)動(dòng)軌跡既不是直線也不是圓周的曲線運(yùn)動(dòng)，可以稱為一般的曲線運(yùn)動(dòng)。盡管這時(shí)曲線各個(gè)位置的彎曲程度不一樣，但在研究時(shí)，可以把這條曲線分割為許多很短的小段，質(zhì)點(diǎn)在每小段的運(yùn)動(dòng)都可以看作圓周運(yùn)動(dòng)的一部分(圖6.2-6)。這樣，在分析質(zhì)點(diǎn)經(jīng)過曲線上某位置的運(yùn)動(dòng)時(shí)，就可以采用圓周運(yùn)動(dòng)的分析方法來處理了。學(xué)以致用-練習(xí)鞏固1.地球質(zhì)量為6.0×1024kg，地球與太陽的距離為15×1011m。地球繞太陽的運(yùn)動(dòng)可以看作勻速圓周運(yùn)動(dòng)，太陽對(duì)地球的引力是多少?2.把一個(gè)小球放在玻璃溺斗中，晃動(dòng)漏斗，可以使小球在短時(shí)間內(nèi)沿光滑的漏斗壁在某一水平面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)(圖6.2-7)。小球的向心力是由什么力提供的?3.如圖6.2-8所示，一個(gè)圓盤在水平面內(nèi)勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，角速度是4rad/s。盤面上距圓盤中心0.10m的位置有一個(gè)質(zhì)量為0.10kg的小物體在隨圓盤一起做勻速圓周運(yùn)動(dòng)(1)求小物體所受向心力的大小。(2)關(guān)于小物體所受的向心力，甲、己兩人有不同意見;甲認(rèn)為該向心力等于圓盤對(duì)小物體的靜摩擦力，指向圓心;乙認(rèn)為小物體有向前運(yùn)動(dòng)的趨勢，靜摩擦力方向和相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢方向相反，即向后，而不是和運(yùn)動(dòng)方向垂直，因此向心力不可能由靜摩擦力提供。你的意見是什么?說明理由。4.如圖6.2-9所示，細(xì)繩的一端固定于o點(diǎn)，另一端系一個(gè)小球，在o點(diǎn)的正下方釘一個(gè)釘子A，小球從一定高度擺下。經(jīng)驗(yàn)告訴我們，當(dāng)細(xì)繩與釘子相碰時(shí)，釘子的位置越靠