高中物理第五章 第6节向心力.docx
- 文档编号:27757558
- 上传时间:2023-07-04
- 格式:DOCX
- 页数:20
- 大小:121.58KB
高中物理第五章 第6节向心力.docx
《高中物理第五章 第6节向心力.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《高中物理第五章 第6节向心力.docx(20页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
高中物理第五章第6节向心力
第六节 向心力
1.做匀速圆周运动的物体具有向心加速度,产生向心加速度的原因一定是物体受到了指
向________的合力,这个合力叫做向心力.向心力产生向心加速度,不断改变物体的速
度________,维持物体的圆周运动,因此向心力是一种________力,它可以是我们学过
的某种性质力,也可以是几种性质力的________或某一性质力的________.
2.向心力大小的计算公式为:
Fn=________=________,其方向指向________.
3.若做圆周运动的物体所受的合外力不沿半径方向,可以根据F产生的的效果将其分
解为两个相互垂直的分力:
跟圆周相切的____________和指向圆心方向的____________,
Ft产生________________________,改变物体速度的________;Fn产生_____,改变物
体速度的________.仅有向心加速度的运动是________________,同时具有切向加速度
和向心加速度的圆周运动就是________________.
4.一般曲线运动
运动轨迹既不是________也不是________的曲线运动,可称为一般曲线运动.曲线运动
问题的处理方法:
把曲线分割成许多极短的小段,每一段都可以看作一小段________,
这些圆弧上具有不同的________,对每小段都可以采用____________的分析方法进行处
理.
5.关于向心力,下列说法中正确的是( )
A.物体由于做圆周运动而产生一个向心力
B.向心力不改变做匀速圆周运动物体的速度大小
C.做匀速圆周运动的物体的向心力是恒力
D.做一般曲线运动的物体的合力即为向心力
6.如图1所示,
图1
用细绳拴一小球在光滑桌面上绕一铁钉(系一绳套)做匀速圆周运动,关于小球的受力,
下列说法正确的是( )
A.重力、支持力
B.重力、支持力、绳子拉力
C.重力、支持力、绳子拉力和向心力
D.重力、支持力、向心力
7.甲、乙两个物体都做匀速圆周运动,其质量之比为1∶2,转动半径之比为1∶2,在
相同的时间里甲转过60°,乙转过45°,则它们的向心力之比为( )
A.1∶4B.2∶3C.4∶9D.9∶16
【概念规律练】
知识点一 向心力的概念
1.下列关于向心力的说法中正确的是( )
A.物体受到向心力的作用才能做圆周运动
B.向心力是指向弧形轨道圆心方向的力,是根据力的作用效果命名的
C.向心力可以是重力、弹力、摩擦力等各种力的合力,也可以是某一种力或某一种力
的分力
D.向心力只改变物体运动的方向,不改变物体运动的快慢
2.关于向心力,下列说法正确的是( )
A.向心力是一种效果力
B.向心力是一种具有某种性质的力
C.向心力既可以改变线速度的方向,又可以改变线速度的大小
D.向心力只改变线速度的方向,不改变线速度的大小
知识点二 向心力的来源
3.如图2所示,
图2
一小球用细绳悬挂于O点,将其拉离竖直位置一个角度后释放,则小球以O点为圆心做
圆周运动,运动中小球所需向心力是( )
A.绳的拉力
B.重力和绳拉力的合力
C.重力和绳拉力的合力沿绳的方向的分力
D.绳的拉力和重力沿绳方向分力的合力
4.如图3所示,
图3
有一个水平大圆盘绕过圆心的竖直轴匀速转动,小强站在距圆心为r处的P点不动,关
于小强的受力,下列说法正确的是( )
A.小强在P点不动,因此不受摩擦力作用
B.小强随圆盘做匀速圆周运动,其重力和支持力充当向心力
C.小强随圆盘做匀速圆周运动,盘对他的摩擦力充当向心力
D.若使圆盘以较小的转速转动时,小强在P点受到的摩擦力不变
知识点三 变速圆周运动
5.如图4所示,
图4
长为L的悬线固定在O点,在O点正下方
处有一钉子C,把悬线另一端的小球m拉到
跟悬点在同一水平面上无初速度释放,小球到悬点正下方时悬线碰到钉子,则小球的
( )
A.线速度突然增大
B.角速度突然增大
C.向心加速度突然增大
D.悬线的拉力突然增大
【方法技巧练】
一、向心力大小的计算方法
6.一只质量为m的老鹰,以速率v在水平面内做半径为R的匀速圆周运动,则空气对
老鹰作用力的大小等于( )
A.m
B.m
C.m
D.mg
7.在双人花样滑冰运动中,有时会看到男运动员拉着女运动员离开冰面在空中做圆锥摆
运动的精彩的场面,目测体重为G的女运动员做圆锥摆运动时和水平冰面的夹角为30°,
重力加速度为g,估算该女运动员( )
A.受到的拉力为
GB.受到的拉力为2G
C.向心加速度为3gD.向心加速度为2g
二、匀速圆周运动问题的分析方法
8.
图5
长为L的细线,拴一质量为m的小球,一端固定于O点.让其在水平面内做匀速圆周
运动(这种运动通常称为圆锥摆运动),如图5所示.当摆线L与竖直方向的夹角为α时,
求:
(1)线的拉力F;
(2)小球运动的线速度的大小;
(3)小球运动的角速度及周期.
1.物体做匀速圆周运动时,下列关于物体受力情况的说法中正确的是( )
A.必须受到恒力的作用
B.物体所受合力必须等于零
C.物体所受合力大小可能变化
D.物体所受合力大小不变,方向不断改变
2.在水平冰面上,狗拉着雪橇做匀速圆周运动,O点为圆心.能正确地表示雪橇受到的牵引力F及摩擦力Ff的图是( )
3.如图6所示,
图6
某物体沿
光滑圆弧轨道由最高点滑到最低点的过程中,物体的速率逐渐增大,则( )
A.物体的合外力为零
B.物体的合力大小不变,方向始终指向圆心O
C.物体的合外力就是向心力
D.物体的合力方向始终与其运动方向不垂直(最低点除外)
4.如图7所示,
图7
半径为r的圆筒,绕竖直中心轴OO′转动,小物块a靠在圆筒的内壁上,它与圆筒的
动摩擦因数为μ,现要使a不下落,则圆筒转动的角速度ω至少为( )
A.
B.
C.
D.
5.甲、乙两名溜冰运动员,M甲=80kg,M乙=40kg,面对面拉着弹簧秤做圆周运动的
溜冰表演.某时刻两人相距0.9m,弹簧秤的示数为9.2N,下列判断中正确的是( )
A.两人的线速度相同,约为40m/s
B.两人的角速度相同,为6rad/s
C.两人的运动半径相同,都是0.45m
D.两人的运动半径不同,甲为0.3m,乙为0.6m
6.如图8所示,
图8
天车下吊着两个质量都是m的工件A和B,整体一起向左匀速运动.系A的吊绳较短,
系B的吊绳较长,若天车运动到P处时突然停止,则两吊绳所受拉力FA、FB的大小关
系是( )
A.FA>FB>mgB.FA C.FA=FB=mgD.Fa=FB>mg 7.如图9所示, 图9 光滑杆偏离竖直方向的夹角为θ,杆以O为支点绕竖直线旋转,质量为m的小球套在杆 上可沿杆滑动.当杆角速度为ω1时,小球旋转平面在A处;当杆角速度为ω2时,小球 旋转平面在B处,设球对杆的压力为FN,则有( ) A.FN1>FN2B.FN1=FN2 C.ω1<ω2D.ω1>ω2 8.在光滑的水平面上,用长为l的细线拴一质量为m的小球,以角速度ω做匀速圆周 运动,下列说法中正确的是( ) A.l、ω不变,m越大线越易被拉断 B.m、ω不变,l越小线越易被拉断 C.m、l不变,ω越大线越易被拉断 D.m不变,l减半且角速度加倍时,线的拉力不变 9.汽车甲和汽车乙的质量相等,以相等的速率沿同一水平弯道做匀速圆周运动,甲车在 乙车的外侧.两车沿半径方向受到的摩擦力分别为Ff甲和Ff乙.以下说法正确的是( ) A.Ff甲小于Ff乙 B.Ff甲等于Ff乙 C.Ff甲大于Ff乙 D.Ff甲和Ff乙的大小均与汽车速率无关 题 号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 答 案 10.如图10所示, 图10 质量相等的小球A、B分别固定在轻杆的中点和端点,当杆在光滑的水平面上绕O点匀 速转动时,求杆的OA段和AB段对小球的拉力之比. 11. 图11 长L=0.5m、质量可忽略的杆,其下端固定于O点,上端连有质量m=2kg的小球,它 绕O点在竖直平面内做圆周运动.当通过最高点时,如图11所示,求下列情况下杆受 到的力(计算出大小,并说明是拉力还是压力,g取10m/s2): (1)当v=1m/s时,杆受到的力为多少,是什么力? (2)当v=4m/s时,杆受到的力为多少,是什么力? 12.如图12所示, 图12 一根长为0.1m的细线,一端系着一个质量是0.18kg的小球,拉住线的另一端,使球在 光滑的水平桌面上做匀速圆周运动,当小球的转速增加到原转速3倍时,细线断裂,这 时测得线的拉力比原来大40N.求: (1)线断裂的瞬间,线的拉力; (2)这时小球运动的线速度; (3)如果桌面高出地面0.8m,线断后小球飞出去落在离桌面的水平距离为多少的地方? 第6节 向心力 课前预习练 1.圆心 方向 效果 合力 分力 2.m mω2r 圆心 3.分力Ft 分力Fn 沿圆周切线方向的加速度 大小 指向圆心的加速度 方向 匀速圆周运动 变速圆周运动 4.直线 圆周 圆弧 半径 圆周运动 5.B [由向心力的概念对各选项作出判断,注意一般曲线运动与匀速圆周运动的区别. 与速度方向垂直的力使物体运动方向发生改变,此力指向圆心命名为向心力,所以向心力不是物体做圆周运动而产生的.向心力与速度方向垂直,不改变速度的大小,只改变速度的方向.做匀速圆周运动的物体的向心力始终指向圆心,方向在不断变化,是个变力.做一般曲线运动的物体的合力通常可分解为切向分力和法向分力.切线方向的分力提供切向加速度,改变速度的大小;法线方向的分力提供向心加速度,改变速度的方向.正确选项为B.] 6.B [向心力是效果力,可以是一个力,也可以是一个力的分力或几个力的合力.] 7.C [由匀速圆周运动的向心力公式Fn=mrω2=mr( )2,可得 = = × ×( )2= .] 课堂探究练 1.ABCD [向心力是使物体做圆周运动的原因,它可由各种性质力的合力、某一个力或某一个力的分力提供,方向始终从做圆周运动的物体的所在位置指向圆心,是根据力的作用效果命名的,只改变线速度的方向,不改变线速度的大小.] 2.AD [向心力是按力的作用效果命名的,是一种效果力,所以A选项正确,B选项错误;由于向心力始终沿半径指向圆心,与速度的方向垂直,即向心力对做圆周运动的物体始终不做功,不改变线速度的大小,只改变线速度的方向,因此C选项错误,D选项正确.] 点评 由于向心力是一种效果力,所以在受力分析时不要加上向心力,它只能由其他性质的力提供. 3.CD [ 如图所示,对小球进行受力分析,它受重力和绳的拉力,向心力由指向圆心O方向的合外力提供,因此,它可以是小球所受合力沿绳方向的分力,也可以是各力沿绳方向分力的合力,故选C、D.] 4.C [由于小强随圆盘一起做匀速圆周运动,一定需要向心力,该力一定指向圆心方向,而重力和支持力在竖直方向上,它们不能充当向心力,因此他会受到摩擦力作用,且充当向心力,A、B错误,C正确;由于小强随圆盘转动的半径不变,当圆盘角速度变小时,由Fn=mrω2可知,所需向心力变小,故D错误.] 点评 对物体受力分析得到的指向圆心的力提供向心力.向心力可以是某个力、可以是某几个力的合力,也可以是某个力的分力. 在匀速圆周运动中,向心力就是物体所受的指向圆心方向的合外力.在变速圆周运动中,物体所受合外力一般不再指向圆心,可沿切线方向和法线方向分解,法线方向的分力就是向心力. 5.BCD [悬线与钉子碰撞前后瞬间,线的拉力始终与小球的运动方向垂直,不对小球做功,故小球的线速度不变.当半径减小时,由ω= 知ω变大,再由F向=m 知向心加速度突然增大.而在最低点F向=FT-mg,故悬线的拉力变大.由此可知B、C、D选项正确.] 点评 作好受力分析,明确哪些力提供向心力,找准物体做圆周运动的径迹及位置是解题的关键. 6.A 7.B [ 如图所示 F1=Fcos30° F2=Fsin30° F2=G,F1=ma a= g,F=2G.] 方法总结 用向心力公式解题的思路与用牛顿第二定律解题的思路相似: (1)明确研究对象,受力分析,画出受力示意图; (2)分析运动情况,确定运动的平面、圆心和半径,明确向心加速度的方向和大小; (3)在向心加速度方向上,求出合力的表达式,根据向心力公式列方程求解. 8. (1)F= (2)v= (3)ω= T=2π 解析 做匀速圆周运动的小球受力如图所示,小球受重力mg和绳子的拉力F. (1)因为小球在水平面内做匀速圆周运动,所以小球受到的合力指向圆心O′,且是水平方向.由平行四边形定则得小球受到的合力大小为mgtanα,线对小球的拉力大小为: F= . (2)由牛顿第二定律得: mgtanα= 由几何关系得r=Lsinα 所以,小球做匀速圆周运动线速度的大小为 v= (3)小球运动的角速度 ω= = = 小球运动的周期 T= =2π . 方法总结 匀速圆周运动问题的分析步骤: (1)明确研究对象,对研究对象进行受力分析,画出受力示意图. (2)将物体所受外力通过力的分解将其分解成为两部分,其中一部分分力沿半径方向. (3)列方程: 沿半径方向满足F合1=mrω2=m = ,另一方向F合2=0. (4)解方程,求出结果. 课后巩固练 1.D [匀速圆周运动的合外力是向心力,大小不变,方向始终指向圆心,即方向时刻变化,故A、B、C错,D对.] 2.C [由于雪橇在冰面上滑动,故滑动摩擦力方向必与运动方向相反,即方向应为圆的切线方向,因做匀速圆周运动,合外力一定指向圆心,由此可知C正确.] 3.D [物体做加速曲线运动,合力不为零,A错;物体做速度大小变化的圆周运动,合力不指向圆心,合力沿半径方向的分力提供向心力,合力沿切线方向的分力使物体速度变大,即除在最低点外,物体的速度方向与合外力方向间的夹角为锐角,合力方向与速度方向不垂直,B、C错,D对.] 4.D [要使a恰不下滑,则a受筒的最大静摩擦力作用,此力与重力平衡,筒壁给a的支持力提供向心力,则FN=mrω2,而Ffm=mg=μFN,所以mg=μmrω2,故ω= .所以A、B、C均错误,D正确.] 5.D [甲、乙两人绕共同的圆心做圆周运动,它们间的拉力互为向心力,他们的角速度相同,半径之和为两人的距离. 设甲、乙两人所需的向心力为F向,角速度为ω,半径分别为r甲、r乙,则 F向=M甲ω2r甲=M乙ω2r乙=9.2N① r甲+r乙=0.9m② 由①②两式可解得只有D项正确.] 6.A [突然停止时,A、B两物体速度相同,做圆周运动,FT-mg=mv2/L,故FT=mg+mv2/L,La 7.BD [ 由图可知,小球随杆旋转时受到重力mg和杆的支持力FN两个力作用. 合力F合=mgcotθ提供向心力, 即mgcotθ=mω2r, ω= , 因r2>r1,所以ω1>ω2,C错误,D正确; 而FN= 与半径无关,故FN1=FN2,A错误,B正确.] 8.AC 9.A [两车做圆周运动的向心力均由摩擦力提供,由于甲车在乙车的外侧,故r甲>r乙,而两车的质量和速率均相等,根据Ff=m 可得选项A正确.] 10.3∶2 解析 本题所考查的内容是向心力和向心加速度的应用,设杆的OA和AB段对小球的拉力分别为FOA和FAB. OA=AB=r 依据牛顿第二定律可得: 对小球A有: FOA-FAB=mrω2① 对小球B有: FAB=m2rω2② 由①②得FOA∶FAB=3∶2 即杆的OA段和AB段对小球的拉力之比为3∶2. 11. (1)16N 压力 (2)44N 拉力 解析 本题考查圆周运动临界条件的应用.设小球受到杆的作用力FN向上,如图所示,则: (1)F向=m ,即mg-FN1=m FN1=mg-m =2×10N-2× N=16N 根据牛顿第三定律: 杆受到的是压力,FN1′=16N,方向竖直向下. (2)F向=m ,即mg-FN2=m FN2=mg-m =2×10N-2× N=-44N 负号说明FN2与规定的正方向相反,故小球受到杆的作用力FN2=44N,方向应竖直向下. 根据牛顿第三定律: 杆受到的是拉力,FN2′=44N,方向竖直向上. 12. (1)45N (2)5m/s (3)2m 解析 (1)小球在光滑桌面上做匀速圆周运动时受三个力作用,重力mg、桌面弹力FN和线的拉力F.重力mg和弹力FN平衡.线的拉力等于向心力,F向=F=mω2R.设原来的角速度为ω0,线上的拉力是F0,加快后的角速度为ω,线断时的拉力是F1.则F1∶F0=ω2∶ω =9∶1. 又F1=F0+40N,所以F0=5N,则线断时F1=45N. (2)设线断时小球的速度为v, 由F1= 得v= = m/s=5m/s. (3)由平抛运动规律得小球在空中运动的时间t= = s=0.4s.小球落地处离桌面的水平距离s=vt=5×0.4m=2m.
- 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:
- 高中物理第五章 第6节向心力 高中物理 第五 向心力