《向心力》圓周運(yùn)動(dòng)PPT(第一課時(shí)向心力)
第一部分內(nèi)容：必備知識(shí)·素養(yǎng)奠基
一、向心力
【思考】光滑桌面上細(xì)線拴小球做勻速圓周運(yùn)動(dòng),所受合力沿什么方向?
提示:所受合力沿細(xì)線方向,指向圓心。
1.實(shí)例表明:做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體受到了指向_____的合力。
2.方向:始終沿半徑指向_____。
3.表達(dá)式:
(1)Fn=_____
(2)Fn=_____。
4.效果力:向心力是根據(jù)力的_________來(lái)命名的,凡是產(chǎn)生向心加速度的力,都是向心力。
二、變速圓周運(yùn)動(dòng)和一般曲線運(yùn)動(dòng)
1.變速圓周運(yùn)動(dòng)的合力
(1)跟圓周相切的分力Ft產(chǎn)生切向加速度at,切向加速
度描述___________變化的快慢。
(2)指向圓心的分力Fn產(chǎn)生向心加速度an,向心加速度
描述_______________的快慢。
2.一般曲線運(yùn)動(dòng):
(1)處理方法:_______�？梢詫⒁话愕那€分割成許多很短的小段,看作一小段圓弧。
(2)用圓周運(yùn)動(dòng)的處理方法研究質(zhì)點(diǎn)在這一小段圓弧上的運(yùn)動(dòng)。
(3)下列描述中,你認(rèn)為符合科學(xué)事實(shí)的有_____。
①勻速圓周運(yùn)動(dòng)的向心力是恒力
②勻速圓周運(yùn)動(dòng)的合力就是向心力
③變速圓周運(yùn)動(dòng)的向心力不指向圓心
④向心力是具有某種特定性質(zhì)的力
⑤向心力可以由重力或彈力來(lái)充當(dāng)
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向心力PPT，第二部分內(nèi)容：關(guān)鍵能力·素養(yǎng)形成
一 向心力
1.勻速圓周運(yùn)動(dòng)中向心力的方向:
方向時(shí)刻在變化,始終指向圓心,與線速度的方向垂直。
2.向心力的特點(diǎn):由于向心力的方向與物體運(yùn)動(dòng)方向始終垂直,故向心力不改變線速度的大小,只改變線速度的方向。
3.向心力的來(lái)源:勻速圓周運(yùn)動(dòng)中,向心力等于物體的合外力,常等效為三種情況:合力充當(dāng)向心力,某一個(gè)力充當(dāng)向心力,某個(gè)力的分力充當(dāng)向心力。
【思考·討論】
情境:飛機(jī)在空中水平面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng);在光滑漏斗內(nèi)壁上,小球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。
討論:
(1)飛機(jī)和小球在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中受到哪些力的作用? (模型建構(gòu))
提示:重力和支持力。
(2)這些力的合力方向及作用效果是什么?(物理觀念)
提示:這些力的合力指向圓心,充當(dāng)向心力,用來(lái)提供向心力。
【典例示范】
如圖甲為游樂(lè)園中“空中飛椅”的游戲設(shè)施,它的基本裝置是將繩子上端固定在轉(zhuǎn)盤(pán)的邊緣上,繩子的下端連接座椅,人坐在座椅上隨轉(zhuǎn)盤(pán)旋轉(zhuǎn)而在空中飛旋。若將人和座椅看成一個(gè)質(zhì)點(diǎn),則可簡(jiǎn)化為如圖乙所示的物理模型,其中P為處于水平面內(nèi)的轉(zhuǎn)盤(pán),可繞豎直轉(zhuǎn)軸OO′轉(zhuǎn)動(dòng),設(shè)繩長(zhǎng)l=10 m,質(zhì)點(diǎn)的質(zhì)量m=60 kg,轉(zhuǎn)盤(pán)靜止時(shí)質(zhì)點(diǎn)與轉(zhuǎn)軸之間的距離d=4.0 m,轉(zhuǎn)盤(pán)逐漸加速轉(zhuǎn)動(dòng),經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后質(zhì)點(diǎn)與轉(zhuǎn)盤(pán)一起做勻速圓周運(yùn)動(dòng),此時(shí)繩與豎直方向的夾角θ=37°,不計(jì)空氣阻力及繩重,且繩不可伸長(zhǎng),sin37°=0.6,cos 37°=0.8,g取10 m/s2,求質(zhì)點(diǎn)與轉(zhuǎn)盤(pán)一起做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí):
【解題探究】
(1)質(zhì)點(diǎn)在水平面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng),在豎直方向上所受合力情況怎樣?
提示:在豎直方向上合力為零。
(2)怎樣確定質(zhì)點(diǎn)做圓周運(yùn)動(dòng)的半徑?
提示:質(zhì)點(diǎn)到豎直軸OO′間的距離為質(zhì)點(diǎn)做圓周運(yùn)動(dòng)的半徑。
【規(guī)律方法】分析勻速圓周運(yùn)動(dòng)問(wèn)題的基本步驟
(1)明確研究對(duì)象,對(duì)研究對(duì)象進(jìn)行受力分析,畫(huà)出受力示意圖。
(2)確定物體做圓周運(yùn)動(dòng)的軌道平面、圓心、半徑。
(3)將物體所受外力通過(guò)力的正交分解,分解到沿切線方向和沿半徑方向。
二 變速圓周運(yùn)動(dòng)與一般曲線運(yùn)動(dòng)
1.變速圓周運(yùn)動(dòng)合力的作用效果:
(1)跟圓周相切的分力Ft:產(chǎn)生切向加速度,此加速度改變線速度的大小。
(2)指向圓心的分力Fn:產(chǎn)生向心加速度,此加速度改變線速度的方向。
2.勻速圓周運(yùn)動(dòng)與變速圓周運(yùn)動(dòng)的比較:
3.一般曲線運(yùn)動(dòng):
(1)運(yùn)動(dòng)軌跡既不是直線也不是圓周的曲線運(yùn)動(dòng)。
(2)處理方法:一般的曲線運(yùn)動(dòng)中,可以把曲線分割成許多很短的小段,質(zhì)點(diǎn)在每小段的運(yùn)動(dòng)都可以看作圓周運(yùn)動(dòng)的一部分。
【思考·討論】
一列高鐵列車(chē)勻速駛?cè)肴鐖D所示的曲線彎道時(shí),怎樣研究它的運(yùn)動(dòng)規(guī)律?
(科學(xué)思維)
提示:高鐵列車(chē)勻速駛?cè)肭€彎道某一路段時(shí),可以看作圓周運(yùn)動(dòng)的一部分。
【典例示范】
如圖所示,物塊P置于水平轉(zhuǎn)盤(pán)上隨轉(zhuǎn)盤(pán)一起運(yùn)動(dòng),且與轉(zhuǎn)盤(pán)相對(duì)靜止,圖中c沿半徑指向圓心,a與c垂直,下列說(shuō)法正確的是( )
A.當(dāng)轉(zhuǎn)盤(pán)勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),P受摩擦力方向?yàn)閎方向
B.當(dāng)轉(zhuǎn)盤(pán)加速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),P受摩擦力方向可能為c方向
C.當(dāng)轉(zhuǎn)盤(pán)加速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),P受摩擦力方向可能為a方向
D.當(dāng)轉(zhuǎn)盤(pán)減速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),P受摩擦力方向可能為d方向
三 勻速圓周運(yùn)動(dòng)臨界問(wèn)題
1.常見(jiàn)類(lèi)型:
(1)繩的拉力達(dá)到最大或?yàn)榱恪?/p>
(2)物體開(kāi)始滑動(dòng)時(shí)靜摩擦力達(dá)到最大。
(3)物體脫離接觸面時(shí)壓力為零。
2.解題關(guān)鍵:
(1)在圓周運(yùn)動(dòng)問(wèn)題中,當(dāng)出現(xiàn)“恰好”“最大”“至少”“取值范圍”等字眼時(shí),說(shuō)明運(yùn)動(dòng)過(guò)程中存在臨界點(diǎn)。
(2)分析臨界狀態(tài)的受力,列出臨界條件下的牛頓第二定律方程。
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