《向心力》圆周运动PPT(第一课时向心力)
第一部分内容：必备知识·素养奠基
一、向心力
【思考】光滑桌面上细线拴小球做匀速圆周运动,所受合力沿什么方向?
提示:所受合力沿细线方向,指向圆心。
1.实例表明:做匀速圆周运动的物体受到了指向_____的合力。
2.方向:始终沿半径指向_____。
3.表达式:
(1)Fn=_____
(2)Fn=_____。
4.效果力:向心力是根据力的_________来命名的,凡是产生向心加速度的力,都是向心力。
二、变速圆周运动和一般曲线运动
1.变速圆周运动的合力
(1)跟圆周相切的分力Ft产生切向加速度at,切向加速
度描述___________变化的快慢。
(2)指向圆心的分力Fn产生向心加速度an,向心加速度
描述_______________的快慢。
2.一般曲线运动:
(1)处理方法:_______。可以将一般的曲线分割成许多很短的小段,看作一小段圆弧。
(2)用圆周运动的处理方法研究质点在这一小段圆弧上的运动。
(3)下列描述中,你认为符合科学事实的有_____。
①匀速圆周运动的向心力是恒力
②匀速圆周运动的合力就是向心力
③变速圆周运动的向心力不指向圆心
④向心力是具有某种特定性质的力
⑤向心力可以由重力或弹力来充当
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向心力PPT，第二部分内容：关键能力·素养形成
一 向心力
1.匀速圆周运动中向心力的方向:
方向时刻在变化,始终指向圆心,与线速度的方向垂直。
2.向心力的特点:由于向心力的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。
3.向心力的来源:匀速圆周运动中,向心力等于物体的合外力,常等效为三种情况:合力充当向心力,某一个力充当向心力,某个力的分力充当向心力。
【思考·讨论】
情境:飞机在空中水平面内做匀速圆周运动;在光滑漏斗内壁上,小球做匀速圆周运动。
讨论:
(1)飞机和小球在运动过程中受到哪些力的作用? (模型建构)
提示:重力和支持力。
(2)这些力的合力方向及作用效果是什么?(物理观念)
提示:这些力的合力指向圆心,充当向心力,用来提供向心力。
【典例示范】
如图甲为游乐园中“空中飞椅”的游戏设施,它的基本装置是将绳子上端固定在转盘的边缘上,绳子的下端连接座椅,人坐在座椅上随转盘旋转而在空中飞旋。若将人和座椅看成一个质点,则可简化为如图乙所示的物理模型,其中P为处于水平面内的转盘,可绕竖直转轴OO′转动,设绳长l=10 m,质点的质量m=60 kg,转盘静止时质点与转轴之间的距离d=4.0 m,转盘逐渐加速转动,经过一段时间后质点与转盘一起做匀速圆周运动,此时绳与竖直方向的夹角θ=37°,不计空气阻力及绳重,且绳不可伸长,sin37°=0.6,cos 37°=0.8,g取10 m/s2,求质点与转盘一起做匀速圆周运动时:
【解题探究】
(1)质点在水平面内做匀速圆周运动,在竖直方向上所受合力情况怎样?
提示:在竖直方向上合力为零。
(2)怎样确定质点做圆周运动的半径?
提示:质点到竖直轴OO′间的距离为质点做圆周运动的半径。
【规律方法】分析匀速圆周运动问题的基本步骤
(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)确定物体做圆周运动的轨道平面、圆心、半径。
(3)将物体所受外力通过力的正交分解,分解到沿切线方向和沿半径方向。
二 变速圆周运动与一般曲线运动
1.变速圆周运动合力的作用效果:
(1)跟圆周相切的分力Ft:产生切向加速度,此加速度改变线速度的大小。
(2)指向圆心的分力Fn:产生向心加速度,此加速度改变线速度的方向。
2.匀速圆周运动与变速圆周运动的比较:
3.一般曲线运动:
(1)运动轨迹既不是直线也不是圆周的曲线运动。
(2)处理方法:一般的曲线运动中,可以把曲线分割成许多很短的小段,质点在每小段的运动都可以看作圆周运动的一部分。
【思考·讨论】
一列高铁列车匀速驶入如图所示的曲线弯道时,怎样研究它的运动规律?
(科学思维)
提示:高铁列车匀速驶入曲线弯道某一路段时,可以看作圆周运动的一部分。
【典例示范】
如图所示,物块P置于水平转盘上随转盘一起运动,且与转盘相对静止,图中c沿半径指向圆心,a与c垂直,下列说法正确的是( )
A.当转盘匀速转动时,P受摩擦力方向为b方向
B.当转盘加速转动时,P受摩擦力方向可能为c方向
C.当转盘加速转动时,P受摩擦力方向可能为a方向
D.当转盘减速转动时,P受摩擦力方向可能为d方向
三 匀速圆周运动临界问题
1.常见类型:
(1)绳的拉力达到最大或为零。
(2)物体开始滑动时静摩擦力达到最大。
(3)物体脱离接触面时压力为零。
2.解题关键:
(1)在圆周运动问题中,当出现“恰好”“最大”“至少”“取值范围”等字眼时,说明运动过程中存在临界点。
(2)分析临界状态的受力,列出临界条件下的牛顿第二定律方程。
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