人教版高中物理必修第二册精品课件 第6章 圆周运动 2 向心力 (3).ppt

解析:根据线速度和角速度的关系,有v0=ω0r碟子对发光物体的静摩擦力提供发光物体的向心力,*如图所示,汽车在一水平公路上转弯时,汽车的运动可视为匀速圆周运动。请思考:(1)汽车的向心力是由什么力提供的?(2)物体做匀速圆周运动时,它所受的向心力的大小、方向有什么特点?(3)汽车运动所需要的向心力与汽车受到的合力有什么关系?提示:(1)汽车匀速率转弯,摩擦力提供向心力。(2)物体做匀速圆周运动时向心力的方向时刻在变化,始终指向圆心,与线速度的方向垂直。物体做匀速圆周运动时向心力的大小不变。(3)汽车运动所需要的向心力与汽车受到的合力相等。典例剖析【例1】如图所示,一水平放置的圆盘,可以绕中心O点旋转,盘上放一个质量为0.3kg的铁块,铁块与一根质量可以不计的弹簧测力计相连接。铁块随圆盘一起匀速转动,角速度是10rad/s时,铁块距中心O点40cm远,这时弹簧测力计的示数是10N,则圆盘对铁块的摩擦力大小是。答案:2N解析:铁块做的是匀速圆周运动,所以其合力肯定指向圆心,并且合力的大小等于F=mrω2=12N,此时弹簧测力计的示数是10N,所以摩擦力的大小应该为2N,方向指向圆心。规律总结匀速圆周运动的处理思路凡是做圆周运动的物体一定需要向心力。当物体做匀速圆周运动时,合力充当向心力;当物体做变速圆周运动时,合力沿半径方向的分力提供向心力。学以致用1.甲、乙两名溜冰运动员,面对面拉着弹簧测力计做圆周运动的溜冰表演,他们的质量分别为m甲=80kg,m乙=40kg,如图所示,两人相距0.9m,弹簧测力计的示数为48N,下列判断正确的是()A.两人的线速度相同,约为40m/sB.两人的角速度相同,约为2rad/sC.两人的运动半径相同,都是0.45mD.两人的运动半径不同,甲为0.3m,乙为0.6mD2.控制变量法是物理实验探究的基本方法之一。下图是用控制变量法探究向心力大小与质量m、角速度ω和半径r之间关系的实验情境图。(1)探究向心力大小与质量m之间关系的是图;?(2)探究向心力大小与角速度ω之间关系的是图。?答案:(1)丙(2)甲解析:探究向心力大小与质量m之间的关系,应使角速度和半径相同,而质量不同,所以是题图丙。探究向心力大小与角速度ω之间的关系,应使质量和半径相同,而角速度不同,所以是题图甲。二变速圆周运动和一般曲线运动的受力特点重难归纳1.变速圆周运动的动力学特点。(1)物体做加速圆周运动。如图甲所示,物体受到的合力F的方向与速度的方向的夹角小于90°。把F沿切向和径向正交分解,Ft沿速度方向,使物体加速;Fn沿半径方向,改变物体速度的方向。(2)物体做减速圆周运动。如图乙所示,物体受到的合力F的方向与速度的方向的夹角大于90°。Ft使物体减速,Fn使物体改变运动方向。2.处理一般的曲线运动的方法。运动轨迹既不是直线也不是圆周的曲线运动,称为一般的曲线运动。处理一般的曲线运动时,可以把曲线分割成许多小段,每一小段可看成一段小圆弧,把曲线当成许多半径不同的圆处理,如图所示。3.匀速圆周运动与变速圆周运动的比较。如图所示,汽车在高低不平的路面上行驶的运动通常是一个比较复杂的曲线运动,那么汽车运动时需要向心力吗?如何研究一般的曲线运动?提示:需要向心力。在复杂的曲线运动中取一小段研究,每一小段都可以看成是某个圆周的一部分。不同位置上所对应的“圆周运动”的“圆心”和“半径”是不同的。典例剖析【例2】一根长为0.8m的绳子,当受到7.84N的拉力时被拉断。若在此绳的一端拴一个质量为0.4kg的物体,使物体以绳子的另一端为圆心在竖直面内做圆周运动,当物体运动到最低点时绳子恰好断裂。求物体运动至最低点时的角速度和线速度大小。(g取9.8m/s2)答案:3.5rad/s2.8m/s解析:当物体运动到最低点时,物体受重力mg、绳子拉力FT,根据牛顿第二定律得FT-mg=mω2r又由牛顿第三定律可知,绳子受到的拉力和绳子拉物体的力大小相等,绳子被拉断时受到的拉力为FT=7.84N,故FT=7.84N所以,绳子被拉断时物体的角速度为物体的线速度为v=ωr=3.5×0.8m/s=2.8m/s。规律总结1.物体做非匀速圆周运动时,在任何位置均是沿半径指向圆心的合力提供向心力。2.物体做一般曲线运动时,在每段小圆弧处仍可按圆周运动规律进行处理。学以致用3.一般的曲线运动可以分成很多小段,每小段都可以看成圆周运动的一部分,即把整条曲线用一系列不同半径的小圆弧来代替。如图甲所示,曲线上A点的曲率圆定义:通过A点和曲线上紧邻A点