《向心力》圆周运动PPT优质课件(第2课时对向心力概念的理解及表达式的应用)

《向心力》圆周运动PPT优质课件(第2课时对向心力概念的理解及表达式的应用)

第一部分内容：核心素养目标

物理观念

向心力表达式的理解。

科学思维

通过实验会分析向心力的来源，掌握向心力大小的表达式并会应用公式进行计算，会分析简单情境中的向心力的来源和向心力的应用。

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向心力PPT，第二部分内容：核心探究

核心要点一　向心力来源分析

[问题探究]

1.如图所示，滑冰运动员转弯时什么力充当向心力？

2.如图所示，小球绕O′在水平面内做匀速圆周运动，可以说小球受重力、绳的拉力和指向O′的向心力吗？

答案　不能，向心力是按效果命名的力，物体实际受到的沿半径方向的合力即为向心力，不是另外受到的某一个力。

[探究归纳]

1.向心力的来源

向心力是从力的作用效果命名的，它不是物体受到的力，可以由重力、弹力等各种性质的力，或者是几个力的合力、某个力的分力提供。当物体做匀速圆周运动时，合外力提供向心力；当物体做变速圆周运动时，合外力指向圆心的分力提供向心力。

2.常见的几个实例分析

(1)重力(万有引力)提供向心力

如地球卫星绕地球做圆周运动。

(2)弹力提供向心力

如图所示，在光滑水平面上，将绳子的一端系在O点，绳子另一端系一小球，使小球在水平面上做匀速圆周运动，则小球做匀速圆周运动的向心力由绳子的拉力(弹力)提供。

(3)静摩擦力提供向心力如图所示，木块随圆盘一起在水平面内运动，即做匀速圆周运动，其向心力由静摩擦力提供。木块相对圆盘的运动趋势方向是沿半径背离圆心，静摩擦力的方向与相对运动趋势方向相反。

(4)合力提供向心力如图所示，汽车过拱桥时，经最高点时其向心力由重力和支持力的合力提供。

(5)向心力由某一力的分力提供如图所示，小球做圆锥摆运动，绳的拉力可分解为水平分力F1和竖直分力F2，则向心力可认为由绳拉力的水平分力提供，当然也可以认为是由重力和绳的拉力的合力提供。

[试题案例]

[例1] (多选)如图所示，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，提供运动中小球所需向心力的是(　　)

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方向的分力

D.绳的拉力和重力沿绳方向分力的合力

核心要点二　向心力表达式的理解及应用

[问题探究]

如图所示，圆盘在水平面内匀速转动，角速度为4 rad/s，盘面上距离圆盘中心0.1 m 的位置有一个质量为0.1 kg的小物体随圆盘一起转动。则小物体做匀速圆周运动的向心力大小为多少？

答案　小物体所需要的向心力为F＝mω2r

将ω＝4 rad/s，r＝0.1 m，m＝0.1 kg，代入得F＝0.16 N。

[探究归纳]

1.向心力大小

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

改变线速度的方向，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。

[针对训练2] (多选)如图所示，在光滑的横杆上穿着两质量分别为m1、m2的小球，小球用细线连接起来，当转台匀速转动时，两小球与横杆不发生相对滑动，下列说法正确的是(　　)

A.两小球的速率一定相等

B.两小球的角速度一定相等

C.两小球的向心力一定相等

D.两小球到转轴的距离与其质量成反比

核心要点三　匀速圆周运动的特点及解题方法

1.质点做匀速圆周运动的条件：合力的大小不变，方向始终与速度方向垂直且指向圆心。匀速圆周运动仅是速度的方向变化而速度大小不变的运动，所以向心力就是做匀速圆周运动的物体所受的合力。

2.匀速圆周运动的三个特点

(1)线速度大小不变、方向时刻改变。

(2)角速度、周期、频率都恒定不变。

(3)向心力的大小都恒定不变，但方向时刻改变。

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