6 向心力.ppt

* 6.3 向心力 向心加速度 问题讨论 问题引入 解题要点 向心力的概念 问题引入 要使做匀速圆周运动条件是：始终给物体一个与线速度方向垂直、沿半径指向圆心的力。 如图所示，是什么力使小球在光滑的水平桌面上做匀速圆周运动，这个力的方向如何？如果松手了，小球还会做匀速圆周运动吗？做匀速圆周运动条件什么？ · O 1. 定义 要使物体做匀速圆周运动, 必须始终给物体一个与线速度方向垂直、沿半径指向圆心的力，这个力叫做向心力。 一、向心力的概念 v F F v 2. 向心力的作用 只是改变速度的方向，不改变速度的大小，向心力的方向时刻指向圆心。 F v 问题：物体做匀速圆周运动时，向心力起什么作用？它的方向有何特点？ 3. 向心力的大小与哪些因素有关 结论：向心力的大小F 跟物体的质量m、圆周半径 R 和线速度 v 都有关系。 如图，使一小球在水平面内做匀速圆周运动，请你观察小球所需向心力的大小与哪些因素有关呢？ 4. 向心力的大小 如图是向心力演示器。通过比较两个做匀速圆周运动小球所需的向心力F，得出向心力F 与质量m、线速度v、圆周半径 R 的关系。 （2）研究向心力F 跟线速度v 的关系（保持m 和R 不变） （3）研究向心力 F 跟半径 R 的关系（保持 m 和 v 不变） （1）研究向心力F 跟质量 m 的关系（保持 v 和 R 不变 ） F ∝ m 实验和理论研究证明：向心力的大小F 跟物体的质量 m、线速度 v 的平方成正比，跟圆周半径 R 成反比。即 研究问题的科学方法简介 在物理学中研究问题的科学方法很多，比如说有观察法、实验法、模型法、等效法、假说法、数学方法、比较法等等。 本实验是用比较法和控制实验条件来研究向心力跟物体质量、线速度和半径这几个物理量之间的关系。这要求必须在满足两个物理量不变的前提下，研究向心力和另外一个物理量之间的关系，然后在另外两个条件不变的情况下, 研究向心力和其它一个物理量之间的关系, 以此类推。这是研究问题的一种科学方法。 3. 分析下列物体做匀速圆周运动的向心力来源 （1）月球绕地球近似地做匀速圆周运动。 地球引力提供向心力 （2）拴在绳一端的小球在光滑的水平桌面上做匀速圆周运动。 绳子的拉力（弹力）提供向心力 （3）在一些飞机场，旅客的行李被皮带轮运输机送到圆形的大转盘上，人供旅客认领。圆盘上的行李随圆盘一起做匀速圆周运动。 摩擦力提供向心力 G F 向 F N （4）火车在铁路的转弯处运动（外轨略高于内轨）。 结论：向心力不是一种新的力，它是根据力的效果命名的。引力、弹力、摩擦力或者它们的合力都可以提供向心力。向心力是按效果命名的力。 合力提供向心力 F v O 二、向心加速度 1. 定义 由向心力产生的加速度叫做向心加速度。 3. 向心加速度的大小 根据牛顿第二定律，向心加速度大小 a 2. 方向 总是沿半径指向圆心。 1. 向心力、向心加速度公式的适用范围 2. 匀速圆周运动的性质 虽然物体做匀速圆周运动时，它的向心力、向心加速度大小不变，但它们的方向始终改变，所以，匀速圆周运动的性质是变加速运动。 向心力、向心加速度公式不仅适用于匀速圆周运动，也适用于变速圆周运动。但要注意的是，计算某一点的向心力、向心加速度的大小，必须用该点的瞬时速度值。 问题讨论 R 如图所示，为什么翻滚过山车在车轨的顶端处不掉下来？ 因为过山车到达车轨顶端时有一定的速度，因此，它在车轨顶端做圆周运动需要向心力。当重力都用来提供向心力时，就没有多余的力使过山车向下落，因此，它在车轨的顶端不会掉下来。 G 3. 翻滚过山车 例1 电动机每分旋转3 000转，它的转动轮上距轴10 cm 的地方附有质量为2 g 的质点，试求（1）该质点所需的向心力；（2）该质点的向心加速度。 解:（1）m = 0.002 kg，R = 0. 1 m， 质点做匀速圆周运动所需的向心力为 （2）质点的向心加速度为 例2 一质量为m 的汽车在圆弧形桥上行驶，设汽车行驶到桥中央时速度大小是v，求在下列