《高中物理 第二章 匀速圆周运动 第2节 匀速圆周运动的向心力和向心加速度课件 教科版必修2》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高中物理 第二章 匀速圆周运动 第2节 匀速圆周运动的向心力和向心加速度课件 教科版必修2（32页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第第2 2节匀速圆周运动的向心力和向心加节匀速圆周运动的向心力和向心加速度速度自主学习自主学习课堂探究课堂探究达标测评达标测评自主学习自主学习 课前预习课前预习感悟新知感悟新知 ( (教师参考教师参考) )目标导航目标导航重点重点: :向心力、向心加速度的分析及计算向心力、向心加速度的分析及计算难点难点: :向心力的来源向心力的来源情境链接情境链接如图所示如图所示, ,汽车正在匀速率转弯汽车正在匀速率转弯, ,小球正在绳子拉力作用下做匀速圆周运小球正在绳子拉力作用下做匀速圆周运动动, ,请思考请思考: :1.1.它们分别受哪些力作用它们分别受哪些力作用? ?其合力有什么作用其合力有什么作用?
2、?2.2.物体做匀速圆周运动时物体做匀速圆周运动时, ,它所受的向心力的大小、方向有什么特点它所受的向心力的大小、方向有什么特点? ?向向心加速度的大小和方向有什么特点心加速度的大小和方向有什么特点? ?信息信息1.1.汽车受重力、支持力及摩擦力作用汽车受重力、支持力及摩擦力作用, ,小球受重力和绳的拉力作用小球受重力和绳的拉力作用, ,它们它们所受的合外力使它们做匀速圆周运动所受的合外力使它们做匀速圆周运动, ,其合外力提供向心力其合外力提供向心力. .2.2.向心力大小一定向心力大小一定, ,方向指向圆心方向指向圆心, ,向心加速度大小一定向心加速度大小一定, ,方向指向圆心方向指向圆心.
3、 .教材梳理教材梳理一、向心力一、向心力1.1.定义定义: :物体做匀速圆周运动时受到的始终指向物体做匀速圆周运动时受到的始终指向 的合力的合力. .2.2.方向方向: :始终指向圆心始终指向圆心, ,总与速度方向总与速度方向 . .3.3.效果效果: :只改变速度的只改变速度的 , ,不改变速度的不改变速度的 . .4.4.来源来源: :可以由弹力提供可以由弹力提供, ,也可以由也可以由 的力提供的力提供; ;可以由一个力可以由一个力提供提供, ,也可以由几个力的也可以由几个力的 提供提供, ,还可以由一个力的分力提供还可以由一个力的分力提供. .圆心圆心垂直垂直方向方向大小大小其他性质其他
4、性质 合力合力想一想想一想 向心力就是物体受的力向心力就是物体受的力, ,这种说法对吗这种说法对吗? ?答案答案: :不对不对, ,向心力是根据力的作用效果命名的向心力是根据力的作用效果命名的, ,它不是物体受的某个力它不是物体受的某个力, ,它它可以由某个力、某个力的分力或几个力的合力来提供可以由某个力、某个力的分力或几个力的合力来提供. .二、向心力的大小二、向心力的大小实验探究实验探究: :实验目的实验目的探究影响向心力大小的因素探究影响向心力大小的因素实验方法实验方法采用控制变量法采用控制变量法探究过程探究过程,r,r相同相同改变质量改变质量m,m,则则m m越大越大, ,向心力向心力
5、F F就越就越 . .m,rm,r相同相同改变角速度改变角速度,则则越大越大, ,向心力向心力F F就越就越 . .m,m,相同相同改变半径改变半径r,r,则则r r越大越大, ,向心力向心力F F就越就越 . .结论结论在质量和角速度一定时在质量和角速度一定时, ,与与 成正比成正比; ;在质量和半径在质量和半径一定时一定时, ,与与 成正比成正比; ;在半径和角速度一定时在半径和角速度一定时, ,与与 成正比成正比公式公式F=mF=m2 2r r或或F=F= . .大大大大大大半径半径角速度的平方角速度的平方质量质量议一议议一议 甲同学根据向心力公式甲同学根据向心力公式F=mF=m2 2r
6、 r说说F F与与r r成正比成正比, ,乙同学根据公式乙同学根据公式F=m F=m 说说F F与与r r成反比成反比, ,请问哪个同学说得对请问哪个同学说得对? ?答案答案: :两同学的说法都必须在一定条件下才成立两同学的说法都必须在一定条件下才成立; ;甲的说法应在甲的说法应在一定时一定时, ,乙的说法应在乙的说法应在v v一定时一定时. .三、向心加速度三、向心加速度1.1.定义定义: :做匀速圆周运动的物体做匀速圆周运动的物体, ,在在 作用下产生的加速度作用下产生的加速度. .2.2.物理意义物理意义: :描述线速度描述线速度 改变的快慢改变的快慢. .向心力向心力方向方向3.3.大
7、小大小(1)(1)从动力学角度从动力学角度a=a= . .(2)(2)从运动学角度从运动学角度a= a= 或或a=a= . .2 2r=r=（ ）2 2r=(2f)r=(2f)2 2r=(2n)r=(2n)2 2r r4.4.方向方向: :总是沿着圆周的半径指向总是沿着圆周的半径指向 , ,即方向始终与运动方向即方向始终与运动方向 , ,方方向时刻改变向时刻改变, ,所以匀速圆周运动一定是变加速运动所以匀速圆周运动一定是变加速运动. .圆心圆心垂直垂直想一想想一想 匀速圆周运动的向心加速度是恒定的吗匀速圆周运动的向心加速度是恒定的吗? ?答案答案: :不是不是, ,其大小一定其大小一定, ,方
8、向时刻指向圆心方向时刻指向圆心, ,方向时刻变化方向时刻变化. .1.1.匀速圆周运动的加速度方向是不变化的匀速圆周运动的加速度方向是不变化的.(.() )2.2.匀速圆周运动是匀变速曲线运动匀速圆周运动是匀变速曲线运动.(.() )3.3.根据公式根据公式a=a=2 2r r知加速度知加速度a a与半径与半径r r成正比成正比.(.() )4.4.匀速圆周运动的合力提供向心力匀速圆周运动的合力提供向心力.(.() )5.5.向心力可以由重力或弹力等来充当向心力可以由重力或弹力等来充当, ,是效果力是效果力.(.() )思考判断思考判断6.6.根据公式根据公式F=m F=m 知向心力知向心力F
9、 F与半径与半径r r成反比成反比.(.() )答案答案: :1.1.2.2.3.3.4.4.5.5.6.6.要点一要点一 向心力来源及其大小向心力来源及其大小课堂探究课堂探究 核心导学核心导学要点探究要点探究【问题导学问题导学】如图所示如图所示,(,(甲甲) )图表示物体在圆盘上随圆盘一起匀速转动图表示物体在圆盘上随圆盘一起匀速转动,(,(乙乙) )图表示小球图表示小球在光滑漏斗内壁上做匀速圆周运动在光滑漏斗内壁上做匀速圆周运动. .请思考请思考: :(1)(1)它们运动所需要的向心力分别由什么力提供它们运动所需要的向心力分别由什么力提供? ?(2)(2)向心力大小的表达式有哪些向心力大小的
10、表达式有哪些? ?答案答案: :(1)(1)圆盘上的物体的向心力由盘的静摩擦力提供圆盘上的物体的向心力由盘的静摩擦力提供, ,小球的向心力由重小球的向心力由重力与内壁弹力的合力提供力与内壁弹力的合力提供. .【要点归纳要点归纳】1.1.向心力的大小向心力的大小2.2.向心力来源向心力来源物体做圆周运动时物体做圆周运动时, ,向心力由物体所受力中沿半径方向的力提供向心力由物体所受力中沿半径方向的力提供. .几种常见的匀速圆周运动的实例如下几种常见的匀速圆周运动的实例如下3.3.求解匀速圆周运动问题的一般步骤求解匀速圆周运动问题的一般步骤(1)(1)明确研究对象明确研究对象, ,确定轨道圆心、半径
11、确定轨道圆心、半径; ;(2)(2)对研究对象进行受力分析对研究对象进行受力分析, ,利用力的合成或力的分解求出合力利用力的合成或力的分解求出合力; ;(3)(3)根据题给条件根据题给条件, ,表示出物体所需要的向心力表示出物体所需要的向心力; ;(4)(4)根据根据F F合合=F=F向向列式并求解列式并求解. .【典例典例1 1】 对做圆周运动的物体所受的向心力说法正确的是对做圆周运动的物体所受的向心力说法正确的是( ( ) )A.A.因向心力总是沿半径指向圆心因向心力总是沿半径指向圆心, ,且大小不变且大小不变, ,故向心力是一个恒力故向心力是一个恒力B.B.因向心力指向圆心因向心力指向圆
12、心, ,且与线速度方向垂直且与线速度方向垂直, ,所以它不能改变线速度的大小所以它不能改变线速度的大小C.C.向心力是物体所受的合外力向心力是物体所受的合外力D.D.向心力和向心加速度的方向都是不变的向心力和向心加速度的方向都是不变的思路点拨思路点拨 (1) (1)向心力的方向指向圆心向心力的方向指向圆心, ,向心力的方向是变化的向心力的方向是变化的. .(2)(2)向心力改变了线速度向心力改变了线速度, ,且只改变线速度的方向且只改变线速度的方向, ,不改变线速度的大小不改变线速度的大小. .解析解析: :做匀速圆周运动的物体所受的向心力大小恒定做匀速圆周运动的物体所受的向心力大小恒定, ,
13、方向总是指向圆心方向总是指向圆心, ,是一个变力是一个变力, ,故故A A错错; ;向心力只改变线速度的方向向心力只改变线速度的方向, ,不改变线速度的大小不改变线速度的大小, ,故故B B正确正确; ;只有做匀速圆周运动的物体其向心力是由物体所受合外力提供只有做匀速圆周运动的物体其向心力是由物体所受合外力提供, ,故故C C错错; ;向心力与向心加速度的方向总是指向圆心向心力与向心加速度的方向总是指向圆心, ,是时刻变化的是时刻变化的, ,故故D D错错. .B B规律方法规律方法 向心力的理解及与外力的关系向心力的理解及与外力的关系(1)(1)向心力是按力的效果命名的向心力是按力的效果命名
14、的, ,它不是某种确定的性质力它不是某种确定的性质力, ,可以由某个性可以由某个性质力来提供质力来提供, ,也可以由某个力的分力或几个力的合力来提供也可以由某个力的分力或几个力的合力来提供. .(2)(2)对于匀速圆周运动对于匀速圆周运动, ,合外力提供物体做匀速圆周运动的向心力合外力提供物体做匀速圆周运动的向心力; ;对于非对于非匀速圆周运动匀速圆周运动, ,其合外力一般不指向圆心其合外力一般不指向圆心, ,它既要改变线速度的大小它既要改变线速度的大小, ,又要又要改变线速度的方向改变线速度的方向, ,向心力仅是合外力的一个分力向心力仅是合外力的一个分力. .(3)(3)无论匀速圆周运动还是
15、非匀速圆周运动无论匀速圆周运动还是非匀速圆周运动, ,物体所受各力沿半径方向分力物体所受各力沿半径方向分力的矢量和提供向心力的矢量和提供向心力. . ( (教师备用教师备用) )例例1-1:1-1:做匀速圆周运动的物体做匀速圆周运动的物体, ,它所受的向心力的大小必定与它所受的向心力的大小必定与( ( ) )A.A.线速度平方成正比线速度平方成正比B.B.角速度平方成正比角速度平方成正比C.C.运动半径成反比运动半径成反比D.D.线速度和角速度的乘积成正比线速度和角速度的乘积成正比D D例例1-21-2:(:(多选多选) )一个内壁光滑的圆锥形筒的轴线垂直水平面一个内壁光滑的圆锥形筒的轴线垂直
16、水平面, ,圆锥筒固定圆锥筒固定, ,有有质量相同的小球质量相同的小球A A和和B B沿着筒的内壁在水平面内做匀速圆周运动沿着筒的内壁在水平面内做匀速圆周运动, ,如图所示如图所示,A,A的运动半径较大的运动半径较大, ,则则( ( ) )A.AA.A球的角速度必小于球的角速度必小于B B球的角速度球的角速度B.AB.A球的线速度必小于球的线速度必小于B B球的线速度球的线速度C.AC.A球的运动周期必大于球的运动周期必大于B B球的运动周期球的运动周期D.AD.A球对筒壁的压力必大于球对筒壁的压力必大于B B球对筒壁的压力球对筒壁的压力ACAC针对训练针对训练1-11-1 ( (多选多选)
17、)球球A A和球和球B B可在光滑杆上无摩擦滑动可在光滑杆上无摩擦滑动, ,两球用一根两球用一根细绳连接如图所示细绳连接如图所示, ,球球A A的质量是球的质量是球B B的两倍的两倍, ,当杆以角速度当杆以角速度匀速转动时匀速转动时, ,两球刚好保持与杆无相对滑动两球刚好保持与杆无相对滑动, ,那么那么( ( ) )解析解析: :因为杆光滑因为杆光滑, ,两球的相互拉力提供向心力两球的相互拉力提供向心力, ,所以所以F FA A=F=FB B, ,故选项故选项A A错误错误; ;由由F=mF=m2 2r,mr,mA A=2m=2mB B, ,得得r rB B=2r=2rA A, ,故选项故选项
18、B B正确正确; ;当当A A球质量增大时球质量增大时, ,球球A A向外运向外运动动, ,故选项故选项C C正确正确; ;当当增大时增大时, ,球球B B不会向外运动不会向外运动, ,故选项故选项D D错误错误. .BCBCA.A.球球A A受到的向心力大于球受到的向心力大于球B B受到的向心力受到的向心力B.B.球球A A转动的半径是球转动的半径是球B B转动半径的一半转动半径的一半C.C.当当A A球质量增大时球质量增大时, ,球球A A向外运动向外运动D.D.当当增大时增大时, ,球球B B向外运动向外运动要点二要点二 向心加速度的理解和计算向心加速度的理解和计算【问题导学问题导学】如
19、图所示如图所示, ,小球在光滑水平面上做匀速圆周运动小球在光滑水平面上做匀速圆周运动, ,请思考请思考: :(1)(1)向心加速度的物理意义是什么向心加速度的物理意义是什么? ?(2)(2)匀速圆周运动中向心加速度变化吗匀速圆周运动中向心加速度变化吗? ?答案答案: :(1)(1)向心加速度是描述物体的速度方向改变快慢的物理量向心加速度是描述物体的速度方向改变快慢的物理量. .(2)(2)向心加速度大小不变向心加速度大小不变, ,方向时刻发生变化方向时刻发生变化. .【要点归纳要点归纳】2.2.物体做匀速圆周运动时物体做匀速圆周运动时, ,向心加速度就是物体运动的合加速度向心加速度就是物体运动
20、的合加速度. .3.3.物体做非匀速圆周运动时物体做非匀速圆周运动时, ,合加速度必有一个沿切线方向的分量和指向合加速度必有一个沿切线方向的分量和指向圆心方向的分量圆心方向的分量, ,其指向圆心方向的分量就是向心加速度其指向圆心方向的分量就是向心加速度.a= =r.a= =r2 2适用适用于所有圆周运动于所有圆周运动, ,式中的式中的v v指某个瞬间的瞬时速度大小指某个瞬间的瞬时速度大小,a,a即指与即指与v v对应的向对应的向心加速度大小心加速度大小. .【典例典例2 2】 ( (多选多选) )如图所示如图所示, ,一个球绕中心轴线一个球绕中心轴线OOOO以角速度以角速度做匀速圆做匀速圆周运
21、动周运动, ,则则( ( ) )A.a,bA.a,b两点线速度相同两点线速度相同B.a,bB.a,b两点角速度相同两点角速度相同C.C.若若=30=30, ,则则a,ba,b两点的线速度之比两点的线速度之比v va avvb b= 2= 2D.D.若若=30=30, ,则则a,ba,b两点的向心加速度之比两点的向心加速度之比a aa aaab b= 2= 2BCDBCD思路点拨思路点拨 (1) (1)同一转动物体上所有点的角速度同一转动物体上所有点的角速度和周期和周期T T都是相同的都是相同的. .(2)(2)同轴转动质点之间比较线速度、向心加速度大小一般应使用同轴转动质点之间比较线速度、向心
22、加速度大小一般应使用v=v=rr, ,a=a=2 2r r或或a= .a= .思维总结思维总结 在利用图像解决物理问题时在利用图像解决物理问题时, ,要注意充分挖掘图像中所携带要注意充分挖掘图像中所携带的信息的信息, ,如如: :一个量随另一个量如何变化一个量随另一个量如何变化; ;变化的确切数量关系变化的确切数量关系; ;斜率多大斜率多大? ?其物理意义是什么其物理意义是什么? ?截距、面积各有什么意义等截距、面积各有什么意义等. .同时还要注意把物理同时还要注意把物理图像和具体的物理情境结合起来考虑应该选取哪一个规律或公式解决问图像和具体的物理情境结合起来考虑应该选取哪一个规律或公式解决问
23、题题. .( (教师备用教师备用) )例例2-12-1:(:(多选多选) )自行车的大齿轮、小齿轮、后轮三个轮子的半径不一样自行车的大齿轮、小齿轮、后轮三个轮子的半径不一样, ,它它们的边缘上有三个点们的边缘上有三个点A,B,C.A,B,C.向心加速度随半径变化图像如图所示向心加速度随半径变化图像如图所示, ,可以知可以知道道( ( ) )A.A,BA.A,B两点加速度关系满足甲图线两点加速度关系满足甲图线B.A,BB.A,B两点加速度关系满足乙图线两点加速度关系满足乙图线C.B,CC.B,C两点加速度关系满足甲图线两点加速度关系满足甲图线D.B,CD.B,C两点加速度关系满足乙图线两点加速度
24、关系满足乙图线ADAD解析解析: :A,BA,B两点线速度相等两点线速度相等, ,根据根据a= a= 可知选项可知选项A A正确正确,B,B错误错误;B,C;B,C两点角两点角速度相等速度相等, ,根据根据a=a=2 2R R可知选项可知选项C C错误错误,D,D正确正确. .针对训练针对训练2-12-1 ( (多选多选) )如图所示为摩擦传动装置如图所示为摩擦传动装置,B,B轮转动时带动轮转动时带动A A轮跟着轮跟着转动转动, ,已知转动过程中轮缘间无打滑现象已知转动过程中轮缘间无打滑现象, ,下述说法中正确的是下述说法中正确的是( ( ) )A.A,BA.A,B两轮转动的方向相同两轮转动的
25、方向相同B.AB.A与与B B转动方向相反转动方向相反C.A,BC.A,B转动的角速度之比为转动的角速度之比为1313D.A,BD.A,B轮缘上点的向心加速度之比为轮缘上点的向心加速度之比为3131BCBC达标测评达标测评 随堂演练随堂演练检测效果检测效果1.1.关于向心加速度关于向心加速度, ,下列说法正确的是下列说法正确的是( ( ) )A.A.由由a= a= 知知, ,匀速圆周运动的向心加速度恒定匀速圆周运动的向心加速度恒定B.B.匀速圆周运动不属于匀速运动匀速圆周运动不属于匀速运动C.C.向心加速度越大向心加速度越大, ,物体速率变化越快物体速率变化越快D.D.做圆周运动的物体做圆周运
26、动的物体, ,加速度时刻指向圆心加速度时刻指向圆心B B解析解析: :向心加速度是矢量向心加速度是矢量, ,且方向始终指向圆心且方向始终指向圆心, ,因此为变量因此为变量, ,所以所以A A错错; ;匀匀速运动是匀速直线运动的简称速运动是匀速直线运动的简称, ,匀速圆周运动其实是匀速率圆周运动匀速圆周运动其实是匀速率圆周运动, ,存存在向心加速度在向心加速度, ,故故B B正确正确; ;向心加速度不改变速率向心加速度不改变速率, ,故故C C错错; ;只有匀速圆周运只有匀速圆周运动加速度才时刻指向圆心动加速度才时刻指向圆心, ,故故D D错错. .2.2.下列关于做匀速圆周运动的物体所受向心力
27、的说法中下列关于做匀速圆周运动的物体所受向心力的说法中, ,正确的是正确的是( ( ) )A.A.物体除受其他的力外还要受到一个向心力的作用物体除受其他的力外还要受到一个向心力的作用B.B.物体所受的合力提供向心力物体所受的合力提供向心力C.C.向心力是一个恒力向心力是一个恒力D.D.向心力的大小一直在变化向心力的大小一直在变化B B解析解析: :向心力是一个效果力向心力是一个效果力, ,并不单独存在并不单独存在, ,故故A A错误错误; ;做匀速圆周运动的物做匀速圆周运动的物体所受合力提供向心力体所受合力提供向心力, ,大小不变大小不变, ,方向时刻指向圆心方向时刻指向圆心, ,故故B B正
28、确正确,C,D,C,D错误错误. .3 3.(.(多选多选) )关于质点做匀速圆周运动的下列说法中正确的是关于质点做匀速圆周运动的下列说法中正确的是( ( ) )A.A.由由a= a= 可知可知,a,a与与r r成反比成反比B.B.由由a=a=2 2r r可知可知,a,a与与r r成正比成正比C.C.当当v v一定时一定时,a,a与与r r成反比成反比D.D.由由=2n=2n可知可知, ,角速度角速度与转速与转速n n成正比成正比C CD D解析解析: :只有当线速度一定时只有当线速度一定时,a,a与与r r成反比成反比; ;只有当角速度一定时只有当角速度一定时,a,a与与r r成正成正比比,
29、 ,故故A,BA,B错误错误,C,C正确正确. .公式公式=2n=2n中中,2,2为常数为常数, ,所以角速度所以角速度与转速与转速n n成正比成正比, ,故故D D正确正确. .4.4.如图所示如图所示, ,物块在水平圆盘上物块在水平圆盘上, ,与圆盘一起绕固定轴匀速转动与圆盘一起绕固定轴匀速转动, ,下列说法中下列说法中正确的是正确的是( ( ) )A.A.物块处于平衡状态物块处于平衡状态B.B.物块受三个力作用物块受三个力作用C.C.在角速度一定时在角速度一定时, ,物块到转轴的距离越远物块到转轴的距离越远, ,物块越不容易脱离圆盘物块越不容易脱离圆盘D.D.在物块到转轴距离一定时在物块
30、到转轴距离一定时, ,物块运动周期越小物块运动周期越小, ,越不容易脱离圆盘越不容易脱离圆盘B B解析解析: :对物块进行受力分析可知对物块进行受力分析可知, ,物块受竖直向下的重力、垂直圆盘向上的物块受竖直向下的重力、垂直圆盘向上的支持力及指向圆心的摩擦力共三个力作用支持力及指向圆心的摩擦力共三个力作用, ,合力提供向心力合力提供向心力, ,故故A A错错,B,B正确正确. .根据向心力公式根据向心力公式F=mrF=mr2 2可知可知, ,当当一定时一定时, ,半径越大半径越大, ,所需的向心力越大所需的向心力越大, ,物块越容易脱离圆盘物块越容易脱离圆盘; ;根据向心力公式根据向心力公式F=F=mrmr（ ）2 2可知可知, ,当物块到转轴距离当物块到转轴距离一定时一定时, ,周期越小周期越小, ,所需向心力越大所需向心力越大, ,物块越容易脱离圆盘物块越容易脱离圆盘, ,故故C,DC,D错误错误. .( (教师参考教师参考) )课堂小结课堂小结
