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文档简介
第4章匀速圆周运动第2节向心力与向心加速度第4章匀速圆周运动第2节向心力与向心加速度物体受到的合力与运动的关系如何?1、当物体受到的F合=0时,物体做匀速直线运动。2、当物体受到的F合与速度V在同一条直线上时,物体做变速直线运动3、当物体受到的F合与速度V不在同一直线上时,物体做曲线运动复习回顾:物体受到的合力与运动的关系如何?1、当物体受到的F合=0时,
这些物体为什么会做圆周运动?这些物体为什么会做圆周运动?复习提问:圆周运动是变速曲线运动运动状态(速度)改变一定受到外力一定存在加速度复习提问:圆周运动是变速曲线运动运动状态(速度)改变一定受3、若细线突然剪断,将会看到什么现象?2、合外力有何特点?思考与分析1、小球受哪几个力的作用?3、若细线突然剪断,将会看到什么现象?2、合外力有何特点?思OGFNF小球受力分析:
OFN与G相平衡,所以合力为F(绳子的拉力)若细线突然剪断,小球将沿该点的切线方向飞出。OGFNF小球受力分析:OFN与G相平衡,所以合力为F(一、向心力NGTGTN(1)向心力:做圆周运动的物体,受到的始终指向圆心的合力称为向心力。O一、向心力NGTGTN(1)向心力:做圆周运动的物体,受到的F向F向vvvF向方向:时刻指向圆心,始终与速度方向垂直,即向心力永远不做功;。作用效果:只改变速度的方向,不改变速度的大小。OF向F向vvvF向方向:时刻指向圆心,始终与速度方向垂直,即
下列物体做匀速圆周运动时,向心力分别由什么力提供?①人造地球卫星绕地球运动时;②物块随圆筒一起做匀速圆周运动;(如图2)③小球在水平面内运动;(如图3)④玻璃球沿碗(透明)的内壁在水平面内运动;(如图4)(不计摩擦)⑤使转台匀速转动,转台上的物体也随之做匀速圆周运动,转台与物体间没有相对滑动。(如图5)
图2下列物体做匀速圆周运动时,向心力分别由什么力提供?图2卫星绕地球运行VF卫星绕地球运行VF
(3)实例分析(3)实例分析TGF合TGT1T2(2)圆锥摆运动OOTGF合TGT1T2(2)圆锥摆运动OO
玻璃球沿碗壁做匀速圆周运动玻璃球沿碗壁做匀速圆周运动
(3)实例分析(3)实例分析思考:向心力是按照性质还是按照作用效果命名的?2、向心力通常由重力、弹力、摩擦力中的某一个力,或者是某个力的分力,或几个力的在半径方向的合力所提供。1、向心力是根据力的作用效果来命名的,不是性质的力,(也可以说不是实际存在的力)受力分析时不要重复考虑。
4、向心力的来源:
思考:向心力是按照性质还是按照作用效果命名的?2、向心力通常(b)思考:是不是所有的圆周运动的合外力都是向心力,都指向圆心呢?匀速圆周运动的向心力就是物体受到的合外力;非匀速圆周运动的向心力不是物体受到的合外力,而是半径方向的合力所提供。FG(b)思考:是不是所有的圆周运动的合外力都是向心力,都指猜想:向心力大小可能与_________________因素有关质量、半径、角速度3、感受向心力的大小(1)手握绳结A,每秒1周。感受绳子拉力大小。(2)手握绳结B,每秒1周。感受绳子拉力大小。(3)手握绳结A,每秒2周。感受绳子拉力大小。(4)换一个物体,手握绳结A,每秒2周。感受绳子拉力大小。猜想:向心力大小可能与_________________(2)演示实验:用向心力演示器演示(2)演示实验:用向心力演示器演示GN小球静止介绍:向心力演示仪GN小介绍:向心力演示仪介绍:向心力演示仪手推档板介绍:向心力演示仪手1、F与m的关系保持r、ω一定保持r、m一定3、F与r的关系保持m、ω一定2、F与ω的关系M越大,F越大r越大,F越大ω越大,F越大向心力演示仪——控制变量法1、F与m的关系保持r、ω一定保持r、m一定3、F与r的关系根据r,ω,v,f,T的关系可知,Fn=mrω2Fn=mrω2=mv2/r=4π2mr/T2=4π2mrf2结论:精确的实验表明:物体做圆周运动需要的向心力与物体的质量成正比,与半径成正比,与角速度的二次方成正比。即:根据r,ω,v,f,T的关系可知,Fn=mrω2Fn=mrω(1)由牛顿第二定律我们知道,力决定加速度,那么向心加速度由谁产生?方向如何?(3)怎样推导向心加速度的公式?(2)加速度是描述速度变化快慢的物理量,那么向心加速度是描述什么的物理量?阅读后思考:向心加速度是描述速度方向变化快慢的物理量。向心加速度由向心力产生,据牛顿运动定律得到:这个加速度的方向与向心力的方向相同,F向
=F合=mω2rF合=ma(1)由牛顿第二定律我们知道,力决定加速度,那么向心加速度由二、向心加速度1、概念:向心力产生的加速度2、方向:总是指向圆心,时刻变化是一个变加速度3、意义:描述线速度方向变化快慢的物理量。匀速圆周运动是加速度方向不断改变的变加速运动4、大小:说明:和也适用于变速圆周运动(瞬时值)二、向心加速度1、概念:向心力产生的加速度2、方向:总是指向1、关于匀速圆周运动,下列说法正确的是()A、匀速圆周运动是一种匀速运动B、匀速圆周运动是一种匀变速运动C、匀速圆周运动是一种变加速运动D、物体做圆周运动时其向心力不改变线速度的大小CD2、质量为m=1kg的物体相对转盘静止,随盘做匀速圆周运动的角速度ω=2rad/s,如果物体到转盘圆心的距离为R=0.5m,求物体做圆周运动的向心加速度及其受到的静摩擦力大小?ωO课堂练习:1、关于匀速圆周运动,下列说法正确的是()3、A、B两球都做匀速圆周运动,A球质量为B球的3倍,A球在半径25cm的圆周上运动,B球在半径16cm的圆周上运动,A球转速为30r/min,B球转速为75r/min,求A球所受向心力与B球所受向心力之比?4、线的一端系一个重物,手执线的另一端,使重物在光滑水平桌面上做匀速圆周运动。当转速(角速度)相同时,线长易断,还是线短易断?为什么?如果重物运动时系线被桌上的一个钉子挡住,随后重物以不变的速率在系线的牵引下绕钉子做圆周运动。系线碰钉子时,是钉子离重物越远线易断,还是离重物越近线易断?为什么?3、A、B两球都做匀速圆周运动,A球质量为B球的3倍,A球在课堂小结一、向心力:⑴大小:⑵方向:沿半径指向圆心,是变力。⑶特点:F与V始终垂直,方向不断变化。⑷来源:重力、弹力、摩擦力或某个力的分力,或几个力的在半径方向的合力所提供。或:F=mv2rF=mω2r二、向心加速度:⑴大小:
a=ω2r
或a=V2/r⑵方向:沿半径指向圆心,方向不断变化,是变加速运动。⑶物理意义:表示速度方向变化快慢的物理量。
课堂小结一、向心力:或:F=mv2rF=mω2【课堂练习】请分析以下圆周运动的向心力的来源。【课堂练习】请分析以下圆周运动的向心力的来源。课堂练习1、关于匀速圆周运动,下列说法正确的是()A、匀速圆周运动是一种匀速运动B、匀速圆周运动是一种匀变速运动C、匀速圆周运动是一种变加速运动D、物体做圆周运动时其向心力不改变线速度的大小CD2、分析下图中物体A、B、C的受力情况,并说明这些物体做圆周运动时向心力的来源。BωAωωCθA的向心力源自转盘对它的摩擦力B的向心力源自筒壁对它的压力C的向心力源自绳对它的拉力和它受到重力的合力NNGGGffT课堂练习1、关于匀速圆周运动,下列说法正确的是(3、线的一端系一个重物,手执线的另一端,使重物在光滑水平桌面上做匀速圆周运动。当转速(角速度)相同时,线长易断,还是线短易断?为什么?如果重物运动时系线被桌上的一个钉子挡住,随后重物以不变的速率在系线的牵引下绕钉子做圆周运动。系线碰钉子时,是钉子离重物越远线易断,还是离重物越近线易断?
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