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

第2節(jié)

科學(xué)探究：向心力第3章

圓周運動問題1：如果物體不受力，將做什么運動？問題2：勻速圓周運動是一種什么性質(zhì)的運動？問題3：勻速圓周運動的受力有什么樣的特點？實例一：繩拉小球,在光滑水平面上做勻速圓周運動

OGFNF拉OOF拉F拉F拉vvvO實例一：繩拉小球,在光滑水平面上做勻速圓周運動

FN與G相平衡，合力為F拉

特點：合力F拉總指向圓心，且與v垂直一、向心力1.定義：做勻速圓周運動的物體所受的合力總指向圓心，這個指向圓心的力就叫作向心力2.方向：時刻指向圓心，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？實例二：物體相對轉(zhuǎn)盤靜止，隨轉(zhuǎn)盤做勻速圓周運動

GωOFNf靜實例二：物體相對轉(zhuǎn)盤靜止，隨轉(zhuǎn)盤做勻速圓周運動

Of靜f靜f靜vvvFN與G相平衡，合力為f靜特點：合力f靜總指向圓心，且與v垂直實例三：飛椅與人一起做勻速圓周運動

rO'OθlhFTGF合向心力：重力與拉力的合力實例三：飛椅與人一起做勻速圓周運動

特點：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：做勻速圓周運動的物體所受的合力總指向圓心，這個指向圓心的力就叫作向心力2.方向：時刻指向圓心，與速度垂直3.效果：只改變速度方向，不改變速度大小。4.來源：可以是重力，彈力，摩擦力等性質(zhì)力，也可以是某幾個力的合力,也可以是某個力的分力5.注意：向心力是效果力，畫受力圖時只畫性質(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)動的情況。O是軌跡的圓心，F(xiàn)是繩子對小物體的拉力?？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越大，F(xiàn)n提供小物體做圓周運動所需要的向心力。二、變速圓周運動受力特點練習(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受摩擦力方向為cB.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受摩擦力方向可能為aD.當(dāng)轉(zhuǎn)盤減速轉(zhuǎn)動時，P受摩擦力方向可能為d求證做勻速圓周運動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，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)圓周運動，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動，以下各種情況下哪個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做勻速圓周運動，相同的時間內(nèi)，它們通過的路程之比是4∶3，運動的角度之比是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)動時，物塊的受力？物塊向心力的來源?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)壁做勻速圓周運動的小球，小球的受力？向心力的來源?vOAvBOA如果靜摩擦力消失，小物體相對于圓盤向外滑動，因此靜摩擦力方向指向圓心，提供小物體做圓周運動的向心力。提供物體做圓周運動的力做圓周運動的物體所需的力從“供”“需”兩方面研究生活中做圓周運動的物體由物體受力情況決定由物體的運動情況決定=“供需”平衡物體做勻速圓周運動本節(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,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勻速圓周運動側(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，汽車將發(fā)生側(cè)滑現(xiàn)象?；疖囖D(zhuǎn)彎--水平面內(nèi)的圓周運動觀察：火車車輪的構(gòu)造。思考：火車轉(zhuǎn)彎時所需的向心力是由哪些力提供的？車輪的構(gòu)造：[問題]：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提供呢？火車轉(zhuǎn)彎NFNG內(nèi)軌外軌向心力由外側(cè)軌道對車輪輪緣的彈力提供。缺點：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。外軌對輪緣的彈力請設(shè)計一個方案，讓火車既能安全通過彎道，又能減少軌道與輪緣的擠壓？外內(nèi)在實際火車與軌道設(shè)計中，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，外軌道應(yīng)該適當(dāng)墊高。使火車以一定速度通過彎道時，受到重力與支持力的合力恰好提供向心力，此時內(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均無擠壓。θFNGOF合F合＝mgtanθθ限定速度臨界速度：1、軌道對輪緣無擠壓，此時火車的速度為多大？GFNθ①當(dāng)時，F(xiàn)>O內(nèi)軌對輪緣產(chǎn)生向外的彈力。FGFNθF<②當(dāng)時，O外軌對輪緣產(chǎn)生向內(nèi)的彈力。轉(zhuǎn)彎速度過快呢？F其他交通工具的轉(zhuǎn)彎：轉(zhuǎn)彎速度過大引起的思考：汽車過橋--豎直平面內(nèi)的圓周運動黃石長江大橋瀘定橋汽車過拱形橋[想一想]：如果汽車在拱形橋上，以某一速度v通過拱形橋的最高點的時候，路面受到的壓力大小還等于重力嗎？汽車過凹形橋

拱形橋：凹形橋：思考：你能解釋為什么拱形造價高卻最常見嗎？水平橋：探究結(jié)論汽車經(jīng)過不同類型的橋時壓力不同：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“過山車”和“水流星”之謎水流星過山車G最高點FN揭開