《向心力》圓周運(yùn)動PPT優(yōu)秀課件
第一部分內(nèi)容：學(xué)習(xí)目標(biāo)
1.知道什么是向心力，知道向心力的作用，知道它是根據(jù)力的作用效果命名的.
2.會分析向心力的來源，掌握向心力的表達(dá)式，并能用來進(jìn)行計算.
3.體驗向心力的存在，會設(shè)計相關(guān)實(shí)驗，探究向心力與物體的質(zhì)量、速度和軌道半徑的關(guān)系，體會控制變量法在研究多個物理量關(guān)系中的應(yīng)用.
4.知道變速圓周運(yùn)動和一般曲線運(yùn)動的受力特點(diǎn).
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向心力PPT，第二部分內(nèi)容：新課內(nèi)容
一、向心力
1.定義：做勻速圓周運(yùn)動的物體所受的合力總指向________，這個指向________的力叫作向心力.
2.方向：始終沿著________指向________ .
3.作用：只改變速度的________，不改變速度的________.
4.向心力是根據(jù)力的________命名的，它由________________________提供.
5.表達(dá)式：
二、變速圓周運(yùn)動和一般的曲線運(yùn)動
1.變速圓周運(yùn)動的合力：變速圓周運(yùn)動的合力產(chǎn)生兩個方向的效果，如圖1所示.
(1)跟圓周相切的分力Ft：改變線速度的______.
(2)指向圓心的分力Fn：改變線速度的______.
2.一般的曲線運(yùn)動的處理方法
(1)一般的曲線運(yùn)動：運(yùn)動軌跡既不是______也不是______的曲線運(yùn)動.
(2)處理方法：可以把曲線分割為許多很短的小段，每一小段可以看作 ______ 的一部分，分析質(zhì)點(diǎn)經(jīng)過曲線上某位置的運(yùn)動時，可以采用______運(yùn)動的分析方法來處理.
即學(xué)即用
1.判斷下列說法的正誤.
(1)做勻速圓周運(yùn)動的物體的向心力是恒力.( )
(2)向心力和重力、彈力一樣，都是根據(jù)性質(zhì)命名的.( )
(3)向心力可以是物體受到的某一個力，也可以是物體受到的合力.( )
(4)變速圓周運(yùn)動的向心力并不指向圓心.( )
(5)做變速圓周運(yùn)動的物體所受合力的大小和方向都改變.( )
2.如圖2所示，圓柱形轉(zhuǎn)筒繞其豎直中心軸轉(zhuǎn)動，小物體貼在圓筒內(nèi)壁上隨圓筒一起轉(zhuǎn)動而不滑落.則下列說法正確的是
A.小物體受到重力、彈力、摩擦力和向心力共4個力的作用
B.小物體隨筒壁做圓周運(yùn)動的向心力是由摩擦力提供的
C.筒壁對小物體的摩擦力隨轉(zhuǎn)速增大而增大
D.筒壁對小物體的彈力隨轉(zhuǎn)速增大而增大
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向心力PPT，第三部分內(nèi)容：第1課時
實(shí)驗：探究向心力的大小與半徑、角速度、質(zhì)量的關(guān)系
明確原理 提煉方法
探究方案一 用繩和沙袋定性研究
1.實(shí)驗原理
如圖3(a)所示，繩子的一端拴一個小沙袋(或其他小物體)，將手舉過頭頂，使沙袋在水平面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動，此時沙袋所受的向心力近似等于____________.
2.實(shí)驗步驟
在離小沙袋重心40 cm的地方打一個繩結(jié)A，在離小沙袋重心80 cm的地方打另一個繩結(jié)B.同學(xué)甲看手表計時，同學(xué)乙按下列步驟操作：
操作一 手握繩結(jié)A，如圖(b)所示，使沙袋在水平面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動，每秒轉(zhuǎn)動1周.體會此時繩子拉力的大小.
操作二 手仍然握繩結(jié)A，但使沙袋在水平面內(nèi)每秒轉(zhuǎn)動2周，體會此時繩子拉力的大小.
操作三 改為手握繩結(jié)B，使沙袋在水平面內(nèi)每秒轉(zhuǎn)動1周，體會此時繩子拉力的大小.
操作四 手握繩結(jié)A，換用質(zhì)量較大的沙袋，使沙袋在水平面內(nèi)每秒轉(zhuǎn)動1周，體會此時繩子拉力的大小.
(1)通過操作一和二，比較在__________相同的情況下，向心力大小與角速度的關(guān)系.
(2)通過操作一和三，比較在_____、_____相同的情況下，向心力大小與半徑的關(guān)系.
(3)通過操作一和四，比較在_____ 、 _____ 相同的情況下，向心力大小與質(zhì)量的關(guān)系.
3.實(shí)驗結(jié)論：半徑越_____，角速度越_____，質(zhì)量越_____，向心力越大.
探究方案二 用向心力演示器定量探究
1.實(shí)驗原理
向心力演示器如圖4所示，勻速轉(zhuǎn)動手柄1，可使變速塔輪2和3以及長槽4和短槽5隨之勻速轉(zhuǎn)動.皮帶分別套在塔輪2和3上的不同圓盤上，可使兩個槽內(nèi)的小球分別以幾種不同的角速度做勻速圓周運(yùn)動.小球做圓周運(yùn)動的向心力由橫臂6的擋板對小球的壓力提供，球?qū)醢宓姆醋饔昧�，通過橫臂的杠桿使彈簧
測力套筒7下降，從而露出標(biāo)尺8，根據(jù)標(biāo)尺8上露出的
紅白相間等分標(biāo)記，可以粗略計算出兩個球所受向心力的比值.
2.實(shí)驗步驟
(1)皮帶套在塔輪2、3半徑相同的圓盤上，小球轉(zhuǎn)動半徑和轉(zhuǎn)動角速度相同時，探究向心力與小球質(zhì)量的關(guān)系.
(2)皮帶套在塔輪2、3半徑相同的圓盤上，小球轉(zhuǎn)動角速度和質(zhì)量相同時，探究向心力與轉(zhuǎn)動半徑的關(guān)系.
(3)皮帶套在塔輪2、3半徑不同的圓盤上，小球質(zhì)量和轉(zhuǎn)動半徑相同時，探究向心力與角速度的關(guān)系.
探究方案三 利用力傳感器和光電傳感器探究
1.實(shí)驗原理與操作
如圖5所示，利用力傳感器測量重物做圓周運(yùn)動的向心力，利用天平、刻度尺、光電傳感器分別測量重物的質(zhì)量m、做圓周運(yùn)動的半徑r及角速度ω.實(shí)驗過程中，力傳感器與DIS數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)相連，可直接顯示力的大小.光電傳感器與DIS數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)相連，可直接顯示擋光桿擋光的時間，由擋光桿的寬度和擋光桿做圓周運(yùn)動的半徑，可得到重物做圓周運(yùn)動的角速度.
精析典題 提升能力
一、定性研究影響向心力大小的因素
例1 如圖6甲所示，某實(shí)驗小組探究影響向心力大小的因素.用細(xì)繩系一紙杯(杯中有30 mL的水)，將手舉過頭頂，使杯在水平面內(nèi)做圓周運(yùn)動.
(1)下列說法中正確的是________.
A.保持質(zhì)量、繩長不變，增大轉(zhuǎn)速，繩對手的拉力將不變
B.保持質(zhì)量、繩長不變，增大轉(zhuǎn)速，繩對手的拉力將增大
C.保持質(zhì)量、角速度不變，增大繩長，繩對手的拉力將不變
D.保持質(zhì)量、角速度不變，增大繩長，繩對手的拉力將增大
(2)如圖乙，繩離杯心40 cm處打一結(jié)點(diǎn)A,80 cm處打一結(jié)點(diǎn)B，學(xué)習(xí)小組中一位同學(xué)手表計時，另一位同學(xué)操作.
操作一：手握繩結(jié)A，使杯在水平面內(nèi)每秒運(yùn)動一周，體會向心力的大小.
操作二：手握繩結(jié)B，使杯在水平面內(nèi)每秒運(yùn)動一周，體會向心力的大小.
操作三：手握繩結(jié)A，使杯在水平面內(nèi)每秒運(yùn)動二周，體會向心力的大小.
操作四：手握繩結(jié)A，再向杯中添加30 mL的水，使杯在水平面
內(nèi)每秒運(yùn)動一周，體會向心力的大小.
則：①操作二與一相比較：質(zhì)量、角速度相同，向心力的大小與轉(zhuǎn)動半徑大小有關(guān)；
操作三與一相比較：質(zhì)量、半徑相同，向心力的大小與角速度有關(guān)；
操作四與一相比較：_____________相同，向心力大小與_____有關(guān)；
②物理學(xué)中此種實(shí)驗方法叫__________法.
③小組總結(jié)階段，在空中甩動，使杯在水平面內(nèi)做圓周運(yùn)動的同學(xué)談感受時說：“感覺手腕發(fā)酸，感覺力的方向不是指向圓心的向心力而是背離圓心的離心力，跟書上說的不一樣”，你認(rèn)為該同學(xué)的說法是否正確，為什么？
答案 說法不正確.該同學(xué)受力分析的對象是自己的手，我們實(shí)驗受力分析的對象是紙杯(包括水)，細(xì)繩對紙杯(包括水)的拉力提供紙杯(包括水)做圓周運(yùn)動的向心力，指向圓心.細(xì)繩對手的拉力與細(xì)繩對紙杯(包括水)的拉力大小相等、方向相反，背離圓心.
二、定量研究影響向心力大小的因素
例2 用如圖7所示的裝置可以探究做勻速圓周運(yùn)動的物體需要的向心力的大小與哪些因素有關(guān).
(1)本實(shí)驗采用的科學(xué)方法是________.
A.控制變量法 B.累積法
C.微元法 D.放大法
(2)圖示情景正在探究的是________.
A.向心力的大小與半徑的關(guān)系
B.向心力的大小與線速度大小的關(guān)系
C.向心力的大小與角速度的關(guān)系
D.向心力的大小與物體質(zhì)量的關(guān)系
(3)通過本實(shí)驗可以得到的結(jié)論是________.
A.在質(zhì)量和半徑一定的情況下，向心力的大小與角速度成正比
B.在質(zhì)量和半徑一定的情況下，向心力的大小與線速度的大小成正比
C.在半徑和角速度一定的情況下，向心力的大小與質(zhì)量成正比
D.在質(zhì)量和角速度一定的情況下，向心力的大小與半徑成反比
隨堂演練 逐點(diǎn)落實(shí)
1.某同學(xué)為感受向心力的大小與哪些因素有關(guān)，做了一個小實(shí)驗：繩的一端拴一小球，手牽著繩在空中甩動，使小球在水平面內(nèi)做圓周運(yùn)動(如圖11所示)，則下列說法中正確的是
A.保持繩長不變，增大角速度，繩對手的拉力將不變
B.保持繩長不變，增大角速度，繩對手的拉力將增大
C.保持角速度不變，增大繩長，繩對手的拉力將不變
D.保持角速度不變，增大繩長，繩對手的拉力將減小
2.(多選)(2018·北京市大興區(qū)上學(xué)期期末)向心力演示儀可以利用控制變量法探究向心力的大小與質(zhì)量、角速度和半徑之間的關(guān)系.它通過皮帶傳動改變兩輪的轉(zhuǎn)速，讓兩輪上的實(shí)心小球(體積相同)同時做圓周運(yùn)動，然后通過連動裝置使安放在圓盤中心套筒中的彈簧產(chǎn)生形變，利用形變大小來反映向心力的大小，形變越大，露出的標(biāo)尺格數(shù)越多.采用如圖12所示的實(shí)驗裝置，可以實(shí)現(xiàn)的實(shí)驗?zāi)康暮陀^察到的現(xiàn)象是
A.控制角速度和半徑相同，研究向心力大小與質(zhì)量的關(guān)系
B.控制半徑相同，研究向心力大小與角速度大小的關(guān)系
C.鋼球比鋁球的質(zhì)量大，鋼球一側(cè)露出的標(biāo)尺格數(shù)多
D.鋼球比鋁球的質(zhì)量大，鋁球一側(cè)露出的標(biāo)尺格數(shù)多
3.如圖13所示是一種簡易的圓周運(yùn)動向心力演示儀，圖中A、B 為兩個穿在水平滑桿上并通過棉線與轉(zhuǎn)軸相連的重錘.試結(jié)合下列演示現(xiàn)象，分析影響向心力的因素.
(1)使線長LA＝LB，質(zhì)量mA＞mB，加速轉(zhuǎn)動橫桿.
現(xiàn)象：連接 A的棉線先斷.
表明：在半徑和角速度一定的條件下，圓周運(yùn)動所需向心力隨_________的增大而增大.
(2)使質(zhì)量mA＝mB，線長LA＞LB，加速轉(zhuǎn)動橫桿.
現(xiàn)象：連接A的棉線先斷.
表明：在物體質(zhì)量和角速度一定的條件下，圓周運(yùn)動所需向心力隨_________的增大而增大.
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向心力PPT，第四部分內(nèi)容：第2課時
向心力的分析和公式的應(yīng)用
探究重點(diǎn) 提升素養(yǎng)
一、向心力的理解及來源分析
導(dǎo)學(xué)探究
1.如圖1所示，用細(xì)繩拉著質(zhì)量為m的小球在光滑水平面上做勻速圓周運(yùn)動.
(1)小球受哪些力作用？什么力提供了向心力？合力指向什么方向？
答案 小球受到重力、支持力和繩的拉力，繩的拉力提供了向心力，合力等于繩的拉力，方向指向圓心.
(2)若小球的線速度為v，運(yùn)動半徑為r，合力的大小是多少？
2.若月球(質(zhì)量為m)繞地球做勻速圓周運(yùn)動，其角速度為ω，月地距離為r.月球受什么力作用？什么力提供了向心力？該力的大小、方向如何？
答案 月球受到地球的引力作用，地球?qū)υ虑虻囊μ峁┝嗽虑蚶@地球做圓周運(yùn)動的向心力，其大小Fn＝mω2r，方向指向地球球心.
知識深化
1.對向心力的理解
(1)向心力大�。篎n＝mv2r＝mω2r＝m2πT2r.
(2)向心力的方向
無論是否為勻速圓周運(yùn)動，其向心力總是沿著半徑指向圓心，方向時刻改變，故向心力是變力.
(3)向心力的作用效果——改變線速度的方向.由于向心力始終指向圓心，其方向與物體運(yùn)動方向始終垂直，故向心力不改變線速度的大小.
2.向心力的來源分析
向心力是根據(jù)力的作用效果命名的.它可以由重力、彈力、摩擦力等各種性質(zhì)的力提供，也可以由它們的合力提供，還可以由某個力的分力提供.
(1)當(dāng)物體做勻速圓周運(yùn)動時，由于物體線速度大小不變，沿切線方向的合外力為零，物體受到的合外力一定指向圓心，以提供向心力.
(2)當(dāng)物體做非勻速圓周運(yùn)動時，其向心力為物體所受的合外力在半徑方向上的分力，而合外力在切線方向的分力則用于改變線速度的大小.
例1 關(guān)于向心力的說法中正確的是
A.物體由于做圓周運(yùn)動而產(chǎn)生了向心力
B.向心力不改變圓周運(yùn)動中物體線速度的大小
C.對做勻速圓周運(yùn)動的物體進(jìn)行受力分析時，一定不要漏掉向心力
D.做勻速圓周運(yùn)動的物體其向心力是不變的
例2 (多選)如圖2所示，用長為L的細(xì)線拴住一個質(zhì)量為M的小球，使小球在水平面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動，細(xì)線與豎直方向的夾角為θ，重力加速度為g，關(guān)于小球的受力情況，下列說法中正確的是
A.小球受到重力、細(xì)線的拉力和向心力三個力
B.向心力是細(xì)線對小球的拉力和小球所受重力的合力
C.向心力的大小等于細(xì)線對小球拉力的水平分力
D.向心力的大小等于Mgtan θ
二、勻速圓周運(yùn)動問題分析
1.勻速圓周運(yùn)動問題的求解方法
圓周運(yùn)動問題仍屬于一般的動力學(xué)問題，無非是由物體的受力情況確定物體的運(yùn)動情況，或者由物體的運(yùn)動情況求解物體的受力情況.
解答有關(guān)勻速圓周運(yùn)動問題的一般方法步驟：
(1)確定研究對象、軌跡圓周(含圓心、半徑和軌道平面).
(2)受力分析，確定向心力的大小(合成法、正交分解法等).
(3)根據(jù)向心力公式列方程，必要時列出其他相關(guān)方程.
(4)統(tǒng)一單位，代入數(shù)據(jù)計算，求出結(jié)果或進(jìn)行討論.
2.幾種常見的勻速圓周運(yùn)動實(shí)例
隨堂演練 逐點(diǎn)落實(shí)
1.(向心力的理解)(多選)下列關(guān)于向心力的敘述中，正確的是
A.向心力的方向始終沿著半徑指向圓心，所以是一個變力
B.做勻速圓周運(yùn)動的物體，除了受到別的物體對它的作用力外，還一定受到一個向心力的作用
C.向心力可以是重力、彈力、摩擦力中的某個力，也可以是這些力中某幾個力的合力，或者是某一個力的分力
D.向心力只改變物體線速度的方向，不改變物體線速度的大小
2.(一般曲線運(yùn)動分析)(2018·綿陽高一檢測)如圖7所示，小鳥沿圖中虛線向上加速飛行，空氣對其作用力可能是
A.F1
B.F2
C.F3
D.F4
3.(向心力公式的應(yīng)用)(2019·棠湖中學(xué)高一質(zhì)檢)如圖8所示，某同學(xué)用硬塑料管和一個質(zhì)量為m的鐵質(zhì)螺絲帽研究勻速圓周運(yùn)動，將螺絲帽套在塑料管上，手握塑料管使其保持豎直并在水平方向上做半徑為r的勻速圓周運(yùn)動，則只要運(yùn)動角速度合適，螺絲帽恰好不下滑，假設(shè)螺絲帽與塑料管間的動摩擦因數(shù)為μ，認(rèn)為最大靜摩擦力近似等于滑動摩擦力.重力加速度為g，則在該同學(xué)手轉(zhuǎn)塑料管使螺絲帽恰好不下滑時，下列分析正確的是
A.螺絲帽在重力和摩擦力作用下處于平衡狀態(tài)
B.螺絲帽受到塑料管的彈力方向水平向外，背離圓心
C.此時手轉(zhuǎn)動塑料管的角速度ω＝
D.若塑料管的轉(zhuǎn)動加快，螺絲帽有可能相對塑料管向下運(yùn)動
4.(向心力公式的應(yīng)用)(2019·南陽市高一下學(xué)期期末)如圖9所示，長為L的細(xì)繩一端固定于O點(diǎn)，另一端系一個小球，在O點(diǎn)的正下方釘一個光滑的小釘子A，小球從一定高度擺下，當(dāng)細(xì)繩與釘子相碰時，釘子的位置距小球 ，則細(xì)繩碰到釘子前、后瞬間
A.繩對小球的拉力大小之比為1∶4
B.小球所受合外力大小之比為1∶4
C.小球做圓周運(yùn)動的線速度大小之比為1∶4
D.小球做圓周運(yùn)動的角速度之比為4∶1
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