高中物理《向心力》学案2 新人教版必修2Word格式.docx
- 文档编号:13735973
- 上传时间:2022-10-13
- 格式:DOCX
- 页数:23
- 大小:190.10KB
高中物理《向心力》学案2 新人教版必修2Word格式.docx
《高中物理《向心力》学案2 新人教版必修2Word格式.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《高中物理《向心力》学案2 新人教版必修2Word格式.docx(23页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
1022N
太阳对地球的引力就是地球公转的向心力.
2.解析:
如图6-7-6所示,对球受力分析:
可见,向心力是重力和支持力的合力提供的.
图6-7-6
由重力、支持力的合力(等于支持力在水平方向的分力)提供的
受力分析,找合力,即为向心力来源.
3.解析:
(1)向心力的大小:
F=mrω2=0.10×
0.10×
42N=0.16N.
(2)小物体随圆盘一起做匀速圆周运动,在圆周切线方向上,速度大小不变,因此切线方向上小物体没有相对圆盘的运动趋势;
而小物体有指向圆心的加速度,所以合外力方向必指向圆心.小物体水平方向仅受静摩擦力,故向心力只能是静摩擦力.
答:
(1)0.16N
(2)向心力等于圆盘对物体的静摩擦力,指向圆心
首先对物体进行受力分析,弄清有哪些力,然后由匀速圆周运动的合外力即为向心力这一点出发进行判断.
4.解析:
如图6-7-7所示,小球由一定高度处摆下,摆到最低点时速度v一定.当细绳与钉子相碰后,球将以钉子A为圆心开始做圆周运动,绳的拉力T和重力G充当向心力.在最低点,有
T-G=m
T=G+m
图6-7-7
可见,钉子位置越靠近球时,r越小,而拉力T就越大,故绳就越容易断.
见解析
首先要理解题目讨论的是拉力与圆周运动的半径之间的关系,然后利用向心力公式推导出两者的函数关系式,就可以分析了.
5.解析:
汽车转弯时,做圆周运动,因此有指向圆心的向心加速度;
同时,线速度逐渐减小,说明还存在与线速度方向相反的切向加速度,如图6-7-8所示.两者的矢量和即为合加速度的方向,也就是合力的方向.
图6-7-8
C
利用加速度的方向来判断合力的方向.因为本题中加速度的方向很容易确定.
[教材优化全析]
(一)向心力
1.定义:
做匀速圆周运动的物体受到指向圆心的合外力作用,这个合外力叫做向心力.
2.方向:
向心力的方向时刻指向圆心.
做匀速圆周运动的物体具有向心加速度,根据牛顿第二定律,这个加速度一定是由于它受到了指向圆心的合外力.
3.公式
全析提示
向心力是变力.虽然向心力的大小不变,但其方向时刻改变.因此,匀速圆周运动是在变力作用下的曲线运动.
根据牛顿第二定律F合=ma,把向心加速度的公式代入可得:
Fn=man
=m=mrω2=mr=m4π2f2r=mvω
会根据已知条件灵活选用这些表达式.
思考:
根据公式Fn=m和Fn=mω2r,物体做匀速圆周运动时,当半径比较大的时候,向心力比较大还是比较小?
由公式y=kx知,只有当k为定值时,才有y与x成正比.同理,在公式Fn=m(质量m不变)中,当v一定时,Fn与r成反比;
在公式Fn=mω2r中,当ω一定时,Fn与r成正比.因此,物体做匀速圆周运动时,向心力变大还是变小,不能只根据半径的变化来判断.
要点提炼
向心力和向心加速度与半径成正比还是成反比,要看条件才能确定.
思维拓展
4.向心力的作用效果
向心力总是指向圆心,而线速度是沿圆周的切线方向,故向心力始终与线速度垂直.所以向心力的作用效果只是改变物体速度的方向,而不改变速度的大小.
这和直线运动中的作用效果不同:
在直线运动中,合外力的作用效果是改变速度的大小和方向.
5.向心力的来源:
向心力是从力的作用效果命名的.凡是产生向心加速度的力,不管属于哪种性质,都是向心力.它可以是重力、弹力等各种性质的力,也可以是它们的合力,还可以是某个力的分力.
当物体做匀速圆周运动时,合外力就是向心力;
当物体做变速圆周运动时,合外力指向圆心的分力就是向心力.
几个特例:
a.“向心力”可能是重力(万有引力)提供,如图6-7-1(a)所示.人造卫星绕地球做匀速圆周运动,它受的向心力是卫星的万有引力.
b.“向心力”可能是弹力,如图6-7-1(b)所示.物体在光滑平面上,在绳的拉力作用下做匀速圆周运动,拉力(弹性力)提供向心力.
c.“向心力”可能是摩擦力,如图6-7-1(c)所示.物体随转盘做匀速圆周运动,摩擦力提供向心力.
图6-7-1
重力、弹力、摩擦力是从力的性质角度来命名的,而向心力是按作用效果来命名的.因此,对物体受力分析时,不要想当然地认为物体还要受到一个向心力的作用.
d.“向心力”可能是重力、弹力的合力,沿半径方向的分力,如图6-7-1(d)所示.摆球做变速圆周运动,摆线的拉力与重力在摆线方向的分力共同提供向心力.
(二)变速圆周运动和一般曲线运动
1.变速圆周运动中的向心力:
(1)做变速圆周运动的物体,其速度大小发生变化,则向心加速度和向心力都会相应地发生变化.
图6-7-2表示做圆周运动的沙袋正在加速的情况.O是沙袋运动轨迹的圆心,F是绳对沙袋的拉力.根据F产生的效果,可以把F分解为两个相互垂直的分力:
跟圆周相切的分力Fτ和指向圆心方向的分力Fn.Fτ产生圆周切线方向的加速度,简称为切向加速度.切向加速度是与物体的速度方向一致的,它改变了物体速度的大小.Fn产生指向圆心的加速度,这就是向心加速度,它始终与速度方向垂直,其表现就是改变了速度的方向.仅有向心加速度的运动是匀速圆周运动,同时具有向心加速度和切向加速度的圆周运动就是变速圆周运动.
图6-7-2
只有在匀速圆周运动中,合外力才是向心力,合外力的方向才指向圆心(这是做匀速圆周运动的条件).
(2)向心力和向心加速度的瞬时性
在向心力和向心加速度的公式中,F、a、v、ω分别指做匀速圆周运动物体某一时刻或通过某位置时的向心力的大小、向心加速度大小及线速度和角速度大小.公式中r则为圆半径.
物体做变速圆周运动时,向心力和向心加速度的大小也是变化的,以上有关向心力和向心加速度的公式虽然是从匀速圆周运动中得出的,但它们对变速圆周运动仍然适用.应用时要注意F、a、ω、v必须是同一时刻的瞬时值.
3.处理一般曲线运动的方法:
如图6-7-3所示,运动轨迹既不是直线也不是圆周的曲线运动,可以称为一般曲线运动.尽管这时曲线各个地方的弯曲程度不一样,但在研究时,可以把这条曲线分割为许多极短的小段,每一段都可以看作一小段圆弧.这些圆弧的弯曲程度不一样,表明它们具有不同的半径.注意到这点区别之后,在分析质点经过曲线上某位置的运动时,就可以采用圆周运动的分析方法进行处理了.
图6-7-3
在变速圆周运动中,求物体在某一点受到的向心力时,应该使用该点的瞬时速度.
我们知道,力是改变速度的原因,那么,什么力只改变速度大小?
什么力只改变速度方向?
什么力既改变速度大小又改变速度方向?
根据变速直线运动的知识,当物体所受外力的方向跟运动方向相同,物体做加速直线运动,当外力的方向跟运动相反,物体做减速直线运动.即当物体所受的外力方向跟运动方向在同一直线上时,外力只改变速度大小而不改变速度方向.
根据匀速圆周运动的知识,做匀速圆周运动的物体所受的向心力只改变了物体速度的方向(其速度大小不变),而向心力总跟速度方向垂直,由此推知,如果物体所受的外力跟速度方向垂直,外力只改变速度的方向而不改变速度的大小.
如果物体所受的外力既不跟速度方向垂直,也不跟速度方向在同一直线上,该外力不仅改变速度大小,也改变速度方向.例如,在平抛运动中,物体所受的重力不仅使速度不断增大,也使速度方向不断变化.对于这种情况,我们可以把物体所受的外力分解为垂直于速度方向的分力F⊥和跟速度方向在同一直线上的分力F∥,其中F⊥只改变速度方向,F∥只改变速度大小.
在这里对前面学习的几种运动形式的受力情况、运动情况进行了分析比较,可以使我们对力改变速度的作用效果有了更为深入、细致的了解,对这一部分学习内容起了总结和巩固的作用.
[学习目标导航]
1.知道什么是向心力,理解它是一种效果力.
2.理解公式Fn=m和Fn=mrω2的确切含义,并能用来进行计算.
3.知道变速圆周运动中向心力是合外力的一个分力,知道合外力的作用效果.
4.培养理论联系实际的能力和动手实践的能力.
学习提示
本节重点是掌握向心力公式和理解向心力是一种效果力,难点是理解变速圆周运动中合外力、向心力的作用.
[自主学习互动]
1.向心加速度总是指向,公式为a====
=.
圆心ω2rr4π2f2rvω
2.向心加速度是描述的物理量,它只改变线速度的,不改变线速度的.
线速度方向变化快慢方向大小
3.对于向心加速度公式,当线速度一定时,向心加速度与成反比;
当一定时,向心加速度与半径成正比.
半径角速度
知识链接
向心力产生向心加速度.把向心加速度的表达式代入牛顿第二定律即可得向心力的表达式,并可分析向心力的意义.
●规律总结
关于匀速圆周运动的基本知识
1.向心力
(1)定义:
做圆周运动的物体所受到的沿着半径指向圆心的合力,叫做向心力.
(2)向心力的特点:
方向时刻在变化,总是与线速度的方向垂直.在匀速圆周运动中,向心力大小不变.向心力是变力,是一个按效果命名的力.
(3)向心力的大小:
由实验验证知,向心力的大小与物体的质量有关,与物体转动的角速度和半径有关.精确的实验证明,做匀速圆周运动的物体所受的向心力与物体质量成正比、与半径成正比、与角速度的平方成正比.向心力公式是:
F=mω2r=m=m(2πf)2r=.
(4)向心力是产生向心加速度的原因,向心力的方向时刻在变化,向心加速度的方向也随之变化,所以说匀速圆周运动是变加速运动.
2.对向心力公式的理解
向心力公式F向=,其意义是:
质量为m的物体在半径为r的圆周上以速率v做匀速圆周运动所需要的合外力(向心力)大小是.同样的道理,F向=mω2r,其意义是:
质量为m的物体在半径为r的圆周上以角速度ω做匀速圆周运动需要的合外力是mω2r.
如果物体所受的合力大小不满足或mω2r等,方向不总是垂直于线速度的方向,物体就会偏离圆轨道做一般的曲线运动.
3.对于向心力的来源
向心力是做圆周运动的物体受到的沿着半径指向圆心的力,它可以由某一个力单独承担,也可以是几个力的合力,还可以是物体受到的合外力在沿半径指向圆心方向上的分量.例如随盘一起转动的物体受到的向心力就是物体受到的盘给予的静摩擦力.卫星绕地心做匀速圆周运动的向心力,就是地球对卫星的万有引力(暂且理解为物体受到的重力).小球在细线的约束下,在竖直面内做圆周运动,某时刻小球受到的向心力等于线的拉力与重力在半径方向的分量的合力,即F向=F-mgcosα,如图6-7-11中(a)、(b)、(c)所示.
图6-7-11
4.解与匀速圆周运动有关的问题的方法和步骤
(1)要从物体做曲线运动的条件入手,理解匀速圆周运动.如匀速圆周运动是曲线运动,物体所受合力与速度方向一定不共线,合外力没有切线方向上的分量,一定与速度方向垂直.
(2)物理量之间的关系可以通过实验方法建立,控制变量法可以简化关系的建立.例如:
控制做匀速圆周运动的物体的角速度和半径,研究物体所受向心力与物体质量之间的关系等.
(3)解决匀速圆周运动的方法,就是解决动力学问题的一般方法,其解决问题的步骤也是解决动力学问题的步骤,但要注意灵活运用匀速圆周运动的一些运动学规律,同时在解题的过程中要弄清匀速圆周运动问题的轨道平面、圆心和半径等.
●合作讨论
1.物体做匀速圆周运动的条件是什么?
如果说“物体受到的合外力总是跟物体运动的速度垂直时,物体就做匀速圆周运动”,对吗?
试说明
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 向心力 高中物理向心力学案2 新人教版必修2 高中物理 新人 必修