高一物理必修2《向心力的实例分析》ppt课件

1、向心力及实例分析一、向心力一、向心力1 1、定义、定义: :做匀速圆周运动的物体一定要遭到一个一直做匀速圆周运动的物体一定要遭到一个一直指向圆心等效能的作用，这个力叫做向心力。指向圆心等效能的作用，这个力叫做向心力。2 2、特点：一直指向圆心，总是与运动方向垂直、特点：一直指向圆心，总是与运动方向垂直FvOFvFv 只改动速度的方向，不改动速度的大小只改动速度的方向，不改动速度的大小3 3、向心力是根据效果命名的，受力分析时向心力不存在、向心力是根据效果命名的，受力分析时向心力不存在4 4、可以由重力、弹力、摩擦力中的某一个力，、可以由重力、弹力、摩擦力中的某一个力，或者是某几个力的分力，或几

2、个力的合力所提供或者是某几个力的分力，或几个力的合力所提供。OGNT竖直方向上NG，故T 即为合力F合TF心=mv2/r轻绳栓一小球,在光滑程度面上做匀速圆周运动rOGF合T向心力由重力向心力由重力G G和弹力和弹力T T的合力提供的合力提供oGfN滚筒洗衣机中物体跟着滚筒匀速转动在匀速圆周运动中，合力提供向心力向心力由什么力提供？汽车转弯1.汽车在平直轨道上行驶与转弯时有何不同？ zxxk在平直轨道上汽车做直线运动，遭到的合力为零或者与速度方向在同不断线上。转弯时做圆周运动，需求向心力。程度路面上转弯(圆周运动)GNf2.那么由什么力为汽车提供向心力呢？那么由什么力为汽车提供向心力呢？2vF

3、mr=摩擦力f= 当转弯过快或转弯半径太小时，摩擦力缺乏以提供汽车转弯时所需向心力。这时候汽车将发惹事故。 设汽车沿半径为设汽车沿半径为R的程度圆形跑道以匀速率的程度圆形跑道以匀速率v行驶，假设汽车与路面的动摩擦因数为行驶，假设汽车与路面的动摩擦因数为 ，要使，要使汽车不侧滑，那么汽车行驶的速率要满足什么条汽车不侧滑，那么汽车行驶的速率要满足什么条件？件？gRvmgmRv2max2fmfRv解：一、程度面的圆周运动一、程度面的圆周运动 1.汽车拐弯汽车拐弯(1)潮湿路面或者路面有沙粒易出现交通潮湿路面或者路面有沙粒易出现交通事故，缘由：事故，缘由：_ 。 (2)急弯易出现交通事故，缘由急弯易出

4、现交通事故，缘由_。思索与讨论思索与讨论由由 分析分析 ： vgR减小减小R减小减小让汽车换个弯道匀速转弯让汽车换个弯道匀速转弯GNF合 铁路的弯道通常外高内低，当车铁路的弯道通常外高内低，当车速按照规定速度行驶，火车与铁轨之速按照规定速度行驶，火车与铁轨之间无挤压，有利于保养铁轨。求火车间无挤压，有利于保养铁轨。求火车转弯的规定速度？转弯的规定速度？mgtan合Frvm2向FF合=F向rvmmg2tantangrv 经过弯道的规定速度取决于弯道的半径和倾角经过弯道的规定速度取决于弯道的半径和倾角。2.火车拐弯火车拐弯外轨外轨内轨内轨思索讨论：思索讨论：假设火车转弯时的速度超越了规定速度，那么

5、哪一假设火车转弯时的速度超越了规定速度，那么哪一道铁轨会遭到车轮轮缘挤压？道铁轨会遭到车轮轮缘挤压？假设火车转弯时的速度小于规定速度，那么哪一假设火车转弯时的速度小于规定速度，那么哪一道铁轨会遭到车轮轮缘挤压？道铁轨会遭到车轮轮缘挤压？F弹弹F弹弹0tanvgr 例例1:火车转弯时轨迹的半径火车转弯时轨迹的半径R= 900m，火车质，火车质量为量为8105kg，火车两轨间距，火车两轨间距l=1.4 m，两轨，两轨高度差高度差h=0.14m，给他一块路牌来限制火车速，给他一块路牌来限制火车速度，要使火车转弯时所需向心力完全由重力和度，要使火车转弯时所需向心力完全由重力和支持力的合力来提供，这块路

6、牌上速度应填多支持力的合力来提供，这块路牌上速度应填多少？少？较小时可以为较小时可以为tan=sin NGF合竖直平面内的竖直平面内的 圆周运动与临界问题圆周运动与临界问题vGN2NvFGmr grv grv 例例3：质量为：质量为m=2t的汽车在拱桥上以速度的汽车在拱桥上以速度v=15m/s前进，桥面的圆弧半径为前进，桥面的圆弧半径为 r=30m，重力加速度为重力加速度为g=10m/s2。 求汽车经过桥的求汽车经过桥的最高点时对桥面的压力。最高点时对桥面的压力。vNG例例2：质量为：质量为5kg的物体沿着半径为的物体沿着半径为2m的半的半球形金属内壁下滑至最低点时的速度为球形金属内壁下滑至最

7、低点时的速度为10m/s。假设物体与球壳之间的动摩擦因数。假设物体与球壳之间的动摩擦因数为为0.2，求物体在最低点时，遭到的摩擦力的，求物体在最低点时，遭到的摩擦力的大小大小 。问题问题1 1：绳球模型：绳球模型 长为长为L L的细绳拴着质量为的细绳拴着质量为m m 的小球在竖直平的小球在竖直平面内做圆周运动。面内做圆周运动。 oALv1Bv2试分析：试分析：1 1当小球在最低点当小球在最低点A A 的速的速度为度为v1v1时，绳的拉力与速度的时，绳的拉力与速度的关系如何？关系如何？2 2当小球在最高点当小球在最高点B B 的速的速度为度为v2 v2 时，绳的拉力与速度时，绳的拉力与速度的关系

8、又如何？的关系又如何？v1omgT1思索：小球过最高点的最小速思索：小球过最高点的最小速度是多少度是多少? ? 最低点：最低点：最高点：最高点：LvmmgT211LvmmgT222gLvT02, 0v2当当v=v0，小球刚好可以经过最高点；，小球刚好可以经过最高点；当当vv0，小球可以经过最高点。，小球可以经过最高点。mgT2在在“水流星扮演中，杯子在竖直平面做圆周水流星扮演中，杯子在竖直平面做圆周运动，在最高点时，杯口朝下，但杯中水却不运动，在最高点时，杯口朝下，但杯中水却不会流下来，为什么？会流下来，为什么？对杯中水：对杯中水：GFNrvmFmg2N时，当grv FN = 0水恰好不流出水

9、恰好不流出扮演扮演“水流星水流星 ，需求保证杯，需求保证杯子在圆周运动最高点的线速度不子在圆周运动最高点的线速度不得小于得小于grv 即：即：grv 实例一：水流星实例一：水流星思索：过山车为什么在最高点也不会掉下来？思索：过山车为什么在最高点也不会掉下来？实例二：过山车实例二：过山车拓展：物体沿竖直内轨运动拓展：物体沿竖直内轨运动 有一竖直放置、内壁光滑圆环，其有一竖直放置、内壁光滑圆环，其半径为半径为r r，质量为，质量为m m 的小球沿它的内的小球沿它的内外表做圆周运动，分析小球在最高点外表做圆周运动，分析小球在最高点A A的速度应满足什么条件？的速度应满足什么条件？ArvmFgN2m思

10、索：小球过最高点的最小速度思索：小球过最高点的最小速度是多少是多少? ?r, 00gvFN当当v=v0v=v0，小球刚好可以经过最高点；，小球刚好可以经过最高点；当当vv0vv0vv0，小球可以经过最高点。，小球可以经过最高点。mgFN 要保证过山车在最高点不掉下来，此时的速度必需满足：grv 问题问题2 2：杆球模型：杆球模型：长为长为L L的轻杆一端固定着一质量为的轻杆一端固定着一质量为m m的小球，使小的小球，使小球在竖直平面内做圆周运动。球在竖直平面内做圆周运动。 试分析：试分析：1 1当小球在最低点当小球在最低点A A的速度的速度为为v2v2时，杆的受力与速度的关时，杆的受力与速度的

11、关系怎样？系怎样？2 2当小球在最高点当小球在最高点B B的速度的速度为为v1v1时，杆的受力与速度的关时，杆的受力与速度的关系怎样？系怎样？ABv1o思索思索: :最高点的最小速度是多少最高点的最小速度是多少? ?问题问题2：杆球模型：杆球模型：ABLvmF211mg 最低点：最低点：LvmF222mg 最高点：最高点：拉力拉力Lvm223F-mg支持力支持力最小速度最小速度v=0，此时，此时mg=F3v2mgF2F3mgF1F3mgF2v2v1o思索思索: :在最高点时，何时杆表现为在最高点时，何时杆表现为拉力？何时表现为支持力？试求拉力？何时表现为支持力？试求其临界速度。其临界速度。问题

12、问题2：杆球模型：杆球模型：ABLvmF222mg 最高点：最高点：拉力拉力Lvm223F-mg支持力支持力临界速度：临界速度：L, 00gvF当当vv0，杆对球有向下的拉力。，杆对球有向下的拉力。mgF1拓展：物体在管型轨道内的运动拓展：物体在管型轨道内的运动如图，有一内壁光滑、竖直放如图，有一内壁光滑、竖直放置的管型轨道，其半径为置的管型轨道，其半径为R，管内有一质量为管内有一质量为m的小球有做的小球有做圆周运动，小球的直径刚好略圆周运动，小球的直径刚好略小于管的内径。问：小于管的内径。问：1 1小球运动到最高点时，速度与受力的关系小球运动到最高点时，速度与受力的关系如何？如何？2 2小球

13、运动到最低点时，速度与受力的关系小球运动到最低点时，速度与受力的关系又是如何？又是如何？GV2GF1V1F2F3RvmFmg222RvmFmg223最高点最高点:; 最低点：最低点：Rvmmg211F思索：小球在最高点的最小速思索：小球在最高点的最小速度可以是多少？度可以是多少？最小速度最小速度v=0，此时，此时mg=F3RvmFmg222RvmFmg223最高点最高点:; 思索：在最高点时，什么时候思索：在最高点时，什么时候外管壁对小球有压力，什么时外管壁对小球有压力，什么时候内管壁对小球有支持力候内管壁对小球有支持力? ?什么什么时候内外管壁都没有压力？时候内外管壁都没有压力？临界速度：临

14、界速度：gRvF0, 0当当vv0，外壁对球有向下的压力。，外壁对球有向下的压力。GV2GF1V1F2F3作业：如下图，质量作业：如下图，质量m=0.2kgm=0.2kg的小球固定在长为的小球固定在长为0.9m0.9m的轻杆的一端，杆可绕点的程度轴的轻杆的一端，杆可绕点的程度轴在竖直平面内转动，在竖直平面内转动，g=10m/s2g=10m/s2，求：，求：当小球在最高点的速度当小球在最高点的速度为多大时，小球对杆的作用力为多大时，小球对杆的作用力为零？为零？当小球在最高点的速度当小球在最高点的速度分别为分别为m/sm/s和和1.5m/s1.5m/s时，杆对时，杆对小球的作用力的大小和方向小球的

15、作用力的大小和方向小球在最高点的速度能小球在最高点的速度能否等于零？否等于零？竖直平面内圆周运动的临界问题物理情景物理情景图示图示在最高点的临界特点在最高点的临界特点做圆周运动条件做圆周运动条件细绳拉着小球细绳拉着小球在竖直平面内在竖直平面内运动运动T=0T=0 在最高点时速在最高点时速度应不小于度应不小于小球在竖直放小球在竖直放置的光滑圆环置的光滑圆环内侧运动内侧运动N=0N=0 在最高点时速在最高点时速度应不小于度应不小于小球固定在轻小球固定在轻杆上在竖直面杆上在竖直面内运动内运动V0V0F F向向00F F向向=F=FT T+mg +mg 或或F F向向=mg-F=mg-Fn n在最高点速度在最高点速度应大于应大于0 0小球在竖直放小球在竖直放置的光滑管中置的光滑管中运动运动V0V0F F向向00F F向向=F=FT T+mg +mg 或或F F向向=mg-F