鲁科版高中物理必修第二册精品课件 第3章 圆周运动 第2节 科学探究 向心力.ppt

解析由于圆盘上的木块A在竖直方向上没有加速度,所以,它在竖直方向上受重力和支持力的作用而平衡。而木块在水平面内做匀速圆周运动,其所需向心力由静摩擦力提供,且静摩擦力的方向指向圆心O。规律方法向心力不是具有特定性质的某种力,任何性质的力都可以作为向心力,受力分析时不能添加向心力。针对训练1(多选)对于做匀速圆周运动的物体,下列说法正确的是()A.合力的大小不变,方向一定指向圆心B.合力的大小不变,方向也不变C.合力产生的效果既改变线速度的方向,又改变线速度的大小D.合力产生的效果只改变线速度的方向,不改变线速度的大小AD解析匀速圆周运动的合力等于向心力,由于线速度v的大小不变,故F合只能时刻与v的方向垂直,即指向圆心,选项A正确,B错误;由于合力F合的方向时刻与线速度的方向垂直而沿切线方向无分力,故该力只改变线速度的方向,不改变线速度的大小,选项C错误,D正确。针对训练2如图所示,一小球用细绳悬挂于O点,将其拉离竖直位置一定角度后释放,让小球以O点为圆心做圆周运动,则运动中小球所需的向心力是()A.绳的拉力B.重力和绳子拉力的合力C.重力和绳子拉力的合力沿绳方向的分力D.重力沿绳方向分力C解析如图所示,对小球进行受力分析,它受重力和绳子拉力作用,向心力是指向圆心方向的合力。因此,它可以说是小球所受合力沿绳方向的分力,也可以说是各力沿绳方向的分力的合力,选项C正确,A、B、D错误。探究二匀速圆周运动的动力学问题情境探究如图所示,飞机在空中某水平面内做匀速圆周运动;在光滑漏斗内壁上,小球在同一水平面做匀速圆周运动。试分析:(1)飞机和小球的向心力由什么力提供?提示飞机受到的重力和空气对飞机的作用力的合力提供向心力;小球受漏斗内壁的弹力和重力作用,二者的合力提供向心力。(2)若知道飞机和小球做圆周运动的半径,如何求得飞机和小球运动的速度大小?提示计算飞机和小球的速度需要知道它们做圆周运动的半径、所受的合力以及它们的质量。知识归纳匀速圆周运动问题的解题步骤应用体验【例题2】双人花样滑冰运动中,观众有时会看到女运动员被男运动员拉着离开冰面在空中做水平方向的匀速圆周运动。若女运动员做圆锥摆运动时和竖直方向的夹角约为θ,女运动员的质量为m,转动过程中女运动员的重心做匀速圆周运动的半径为r,求:(1)男运动员对女运动员的拉力大小。(2)男运动员转动的角速度。点拨以女运动员为研究对象,受到重力和男运动员对她的拉力作用,这两个力的合力提供向心力,其做圆周运动的平面在水平面内。根据牛顿第二定律求解。解析(1)设男运动员对女运动员的拉力大小为F,女运动员受力如图所示,则Fcosθ=mg(2)根据牛顿第二定律有Fsinθ=mω2r规律方法求物体做匀速圆周运动的合力的方法(1)物体如果受互成角度的两个力的作用,以两分力为邻边,以合力方向为对角线(合力方向一定指向圆心),作平行四边形,解三角形可得。(2)物体如果受多个力的作用,沿半径方向和垂直半径方向建坐标系,将不在坐标轴上的力进行分解,合力为指向圆心的力减去背离圆心的力。针对训练3如图所示,把一个长为20cm,劲度系数为360N/m的弹簧一端固定,作为圆心,弹簧的另一端连接一个质量为0.50kg的小球,当小球以r/min的转速在光滑水平面上做匀速圆周运动时,弹簧的伸长量应为()A.5.2cm B.5.3cmC.5.0cm D.5.4cmC探究三对向心加速度的理解情境探究如图所示,游客乘坐摩天轮做匀速圆周运动时,有加速度吗?方向指向哪里?提示有加速度;方向指向圆心。知识归纳1.向心加速度的物理意义描述匀速圆周运动线速度方向变化的快慢,不表示线速度大小变化的快慢。2.向心加速度的方向总是沿着圆周运动的半径指向圆心,即方向始终与运动方向垂直,方向时刻改变。画龙点睛不论向心加速度a的大小是否变化,a的方向是时刻改变的,所以圆周运动的向心加速度时刻发生改变,圆周运动一定是非匀变速曲线运动。3.向心加速度的五种表达式注:上式中转速n的单位取r/s,周期单位取s。4.向心加速度a与半径r的关系图像(1)当角速度一定时,向心加速度与运动半径成正比,如图甲所示。(2)当线速度一定时,向心加速度与运动半径成反比,如图乙所示。5.非匀速圆周运动的加速度对于非匀速圆周运动,如图所示。(1)物体加速度的方向不再指向圆心。(2)其中一个分加速度的方向指向圆心,为向心加速度,仍满足公式an==ω2r,其作用仍然是改变线速度的方向。(3)另一个分加速度改变线速度的大小。画龙点睛无论是匀速圆周运动,还是变速圆周运动