2019-2020学年高中物理第五章曲线运动第6节向心力讲义含解析新人教版必修.pdf

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1、第6节向心力1．做匀速圆周运动的物体受到了指向圆心的合力，这个合力叫向心力，它是产生向心加速度的原因。v22．向心力的大小为F＝m＝mω2r，向心力的方向始nr终指向圆心，与线速度方向垂直。3．向心力可能等于合外力，也可能等于合外力的一个分力，向心力是根据效果命名的力。4．可把一般的曲线运动分成许多小段，每一小段按圆周运动处理。一、向心力1．向心力(1)定义：做匀速圆周运动的物体受到指向圆心的合力。(2)方向：始终指向圆心，与线速度方向垂直。(3)公式：v2F＝m或F＝mω2r。nrn(4)效果力向心力是

2、根据力的作用效果来命名的，凡是产生向心加速度的力，不管属于哪种性质，都是向心力。2．实验验证(1)装置：细线下面悬挂一个钢球，用手带动钢球使它在某个水平面内做匀速圆周运动，组成一个圆锥摆，如图所示。(2)求向心力：v2①可用F＝m计算钢球所受的向心力。nr②可计算重力和细线拉力的合力。(3)结论：代入数据后比较计算出的向心力F和钢球所受合力F的大小，即可得出结论：钢球需要n的向心力等于钢球所受外力的合力。二、变速圆周运动和一般的曲线运动1．变速圆周运动变速圆周运动所受合外力一般不等于向心力，合外力一般产生

3、两个方面的效果：(1)合外力F跟圆周相切的分力F，此分力产生切向加速度a，描述线速度大小变化的快tt慢。(2)合外力F指向圆心的分力F，此分力产生向心加速度a，向心加速度只改变速度的方nn向。2．一般曲线运动的处理方法一般曲线运动，可以把曲线分割成许多很短的小段，每一小段可看作一小段圆弧。圆弧弯曲程度不同，表明它们具有不同的半径。这样，质点沿一般曲线运动时，可以采用圆周运动的分析方法进行处理。1．自主思考——判一判(1)向心力既可以改变速度的大小，也可以改变速度的方向。(×)(2)物体做圆周运动的速度越大

4、，向心力一定越大。(×)(3)向心力和重力、弹力一样，是性质力。(×)(4)圆周运动中指向圆心的合力等于向心力。(√)(5)圆周运动中，合外力等于向心力。(×)(6)向心力产生向心加速度。(√)2．合作探究——议一议(1)如图所示，物体在圆筒壁上随筒壁一起绕竖直转轴匀速转动，试问：物体受几个力作用？向心力由什么力提供？提示：物体受三个力，分别为重力、弹力和摩擦力。物体做匀速圆周运动，向心力等于以上三个力的合力，由于重力与摩擦力抵消，实际上向心力仅由弹力提供。(2)荡秋千是小朋友很喜欢的游戏，当秋千由上向下

5、荡下时，①此时小朋友做的是匀速圆周运动还是变速圆周运动？②绳子拉力与重力的合力指向悬挂点吗？提示：①秋千荡下时，速度越来越大，做的是变速圆周运动。②由于秋千做变速圆周运动，合外力既有指向圆心的分力，又有沿切向的分力，所以合力不指向悬挂点。(3)列车匀速驶入如图所示的圆弧弯道时，列车所受的合力是否为零？若不为零方向怎样？提示：列车匀速驶入圆弧弯道时做匀速圆周运动，由合外力提供向心力，则列车所受的合力指向圆心，即指向轨道内侧。对向心力的理解1．向心力的大小v2F＝ma＝m＝mω2r＝mωv。nnr对于匀速圆周

6、运动，向心力大小始终不变，但对非匀速圆周运动(如用一根绳拴住小球绕固定圆心在竖直平面内做的圆周运动)，其向心力大小随速率v的变化而变化，公式表述的只是瞬时值。2．向心力的方向无论是否为匀速圆周运动，其向心力总是沿着半径指向圆心，方向时刻改变，故向心力是变力。3．向心力的作用效果由于向心力始终指向圆心，其方向与物体运动方向始终垂直，故向心力不改变线速度的大小，只改变线速度的方向。1．下列关于向心力的说法中，正确的是()A．做匀速圆周运动的质点会产生一个向心力B．做匀速圆周运动的质点所受各力中包括一个向心力C

7、．做匀速圆周运动的质点所受各力的合力提供向心力D．做匀速圆周运动的质点所受的向心力大小是恒定不变的解析：选C向心力是质点做圆周运动所需要的力，不是做圆周运动的质点产生的力，故A错误；质点做匀速圆周运动需要的向心力并不是质点实际受到的力，而是其他力的合力提供向心力，故B错误、C正确；向心力是效果力，不能说成质点受到的力，故D错误。2．一圆盘可绕通过圆盘中心O且垂直于盘面的竖直轴转动。在圆盘上放置一小木块A，它随圆盘一起做加速圆周运动(如图所示)，则关于木块A的受力，下列说法正确的是()A．木块A受重力、支持

8、力和向心力B．木块A受重力、支持力和静摩擦力，摩擦力的方向指向圆心C．木块A受重力、支持力和静摩擦力，摩擦力的方向与木块运动方向相反D．木块A受重力、支持力和静摩擦力，摩擦力沿半径方向的分力提供向心力解析：选D木块随圆盘做加速圆周运动，摩擦力沿半径方向的分力提供向心力，摩擦力沿切线方向的分力改变速度的大小。所以两个分力合成后的合力不沿半径方向，不指向圆心，只有D项正确。3.[多选]如图所示，用长为L的细线拴住一个质量为M的小球