高中物理必修2向心力ppt.ppt

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1、第二节向心力常见圆周运动现象实例分析2021/8/11 星期三1一一.向心力向心力(1)(1)概念：做概念：做概念：做概念：做匀速圆周运动匀速圆周运动匀速圆周运动匀速圆周运动的物体所受的合外力，其作的物体所受的合外力，其作的物体所受的合外力，其作的物体所受的合外力，其作 用效果是使物体速度方向发生改变用效果是使物体速度方向发生改变用效果是使物体速度方向发生改变用效果是使物体速度方向发生改变 (2)(2)向心力的方向向心力的方向向心力的方向向心力的方向:始终指向圆心始终指向圆心始终指向圆心始终指向圆心(3)(3)向心力的大小：向心力的大小：向心力的大小：向心力的大小：(4)(4)向心力是变力而非

2、恒力向心力是变力而非恒力向心力是变力而非恒力向心力是变力而非恒力(5)(5)向心力是根据力的作用效果命名的向心力是根据力的作用效果命名的向心力是根据力的作用效果命名的向心力是根据力的作用效果命名的知识回顾2021/8/11 星期三2知识回顾二二.向心加速度向心加速度(1)(1)概念：向心力产生的加速度，描述匀速圆周运动概念：向心力产生的加速度，描述匀速圆周运动概念：向心力产生的加速度，描述匀速圆周运动概念：向心力产生的加速度，描述匀速圆周运动线线线线速度方向变化快慢速度方向变化快慢速度方向变化快慢速度方向变化快慢的物理量。的物理量。的物理量。的物理量。(2)(2)向心加速度的方向向心加速度的方

3、向向心加速度的方向向心加速度的方向:始终指向圆心。始终指向圆心。始终指向圆心。始终指向圆心。(3)(3)向心加速度的大小：向心加速度的大小：向心加速度的大小：向心加速度的大小：(4)(4)匀速直线运动的向心加速度的大小是不变的，但匀速直线运动的向心加速度的大小是不变的，但匀速直线运动的向心加速度的大小是不变的，但匀速直线运动的向心加速度的大小是不变的，但方方方方 向时刻改变，因此，匀速圆周运动是加速度变化的向时刻改变，因此，匀速圆周运动是加速度变化的向时刻改变，因此，匀速圆周运动是加速度变化的向时刻改变，因此，匀速圆周运动是加速度变化的 变加速曲线运动。变加速曲线运动。变加速曲线运动。变加速曲

4、线运动。2021/8/11 星期三3（1 1）明确对象。）明确对象。）明确对象。）明确对象。确定它在哪个平面内做圆周运动，确定它在哪个平面内做圆周运动，确定它在哪个平面内做圆周运动，确定它在哪个平面内做圆周运动，找到圆心和半径找到圆心和半径找到圆心和半径找到圆心和半径 r r。（2 2）受力分析。）受力分析。）受力分析。）受力分析。确定研究对象在某个位置所处的状确定研究对象在某个位置所处的状确定研究对象在某个位置所处的状确定研究对象在某个位置所处的状态，进行受力分析，分析哪些力提供了向心力。态，进行受力分析，分析哪些力提供了向心力。态，进行受力分析，分析哪些力提供了向心力。态，进行受力分析，分

5、析哪些力提供了向心力。（3 3）列方程。）列方程。）列方程。）列方程。取指向圆心方向为正方向，根据牛顿取指向圆心方向为正方向，根据牛顿取指向圆心方向为正方向，根据牛顿取指向圆心方向为正方向，根据牛顿第二定律（第二定律（第二定律（第二定律（F F向向向向mama向向向向）列出方程。）列出方程。）列出方程。）列出方程。注意：注意：对于匀速圆周运动，对于匀速圆周运动，F F向向就是物体所受的合外力就是物体所受的合外力F F合合(4(4）解方程。）解方程。）解方程。）解方程。对结果进行必要的讨论。对结果进行必要的讨论。对结果进行必要的讨论。对结果进行必要的讨论。处理圆周运动问题的一般步骤2021/8/

6、11 星期三4（1 1）汽车受到那些力的作用？）汽车受到那些力的作用？）汽车受到那些力的作用？）汽车受到那些力的作用？（2 2）汽车转弯时汽车转弯时汽车转弯时汽车转弯时所需所需所需所需向心力由什么力向心力由什么力向心力由什么力向心力由什么力提供？提供？提供？提供？（3 3）为什么）为什么）为什么）为什么汽车转弯时速率汽车转弯时速率汽车转弯时速率汽车转弯时速率 v v 过大易过大易过大易过大易造成交通事故？造成交通事故？造成交通事故？造成交通事故？1.1.水平路面转水平路面转弯弯（4 4）若汽车受到的最大摩擦力为其重量的）若汽车受到的最大摩擦力为其重量的）若汽车受到的最大摩擦力为其重量的）若汽车

7、受到的最大摩擦力为其重量的k k 倍，在水倍，在水倍，在水倍，在水平路面转弯半径为平路面转弯半径为平路面转弯半径为平路面转弯半径为r r，为不滑出路面造成事故，其转弯，为不滑出路面造成事故，其转弯，为不滑出路面造成事故，其转弯，为不滑出路面造成事故，其转弯速度不能超过多少？速度不能超过多少？速度不能超过多少？速度不能超过多少？实例一.车辆转弯2021/8/11 星期三5解：汽车转弯时解：汽车转弯时解：汽车转弯时解：汽车转弯时所需所需所需所需向心力由静摩擦力提供，当静向心力由静摩擦力提供，当静向心力由静摩擦力提供，当静向心力由静摩擦力提供，当静摩擦力达到最大值摩擦力达到最大值摩擦力达到最大值摩擦

8、力达到最大值 f fm m 时，汽车速度即为最大。时，汽车速度即为最大。时，汽车速度即为最大。时，汽车速度即为最大。根据牛顿第二定律根据牛顿第二定律根据牛顿第二定律根据牛顿第二定律即汽车转弯时速度不能超过即汽车转弯时速度不能超过即汽车转弯时速度不能超过即汽车转弯时速度不能超过 。实例一.车辆转弯2021/8/11 星期三62.2.倾斜路面转倾斜路面转弯弯 车受重力车受重力车受重力车受重力mgmg及路面的弹力及路面的弹力及路面的弹力及路面的弹力N N的合力的合力的合力的合力F F水水水水平并指向圆周弯道的圆心，充当向心力。平并指向圆周弯道的圆心，充当向心力。平并指向圆周弯道的圆心，充当向心力。平

9、并指向圆周弯道的圆心，充当向心力。依据牛顿第二定律依据牛顿第二定律依据牛顿第二定律依据牛顿第二定律由图可知由图可知由图可知由图可知:由此可见，路面的倾斜角由此可见，路面的倾斜角是是 根据转弯半根据转弯半径径 r 和规定的转弯速率和规定的转弯速率v的大小而设计的。的大小而设计的。实例一.车辆转弯 路面修好以后，路面修好以后，r、是一定的，汽车若以此速率是一定的，汽车若以此速率（叫（叫规定速率）转弯，此时汽车）转弯，此时汽车G与与N的合力恰好提供的合力恰好提供转弯时所需的向心力，而使静摩擦力转弯时所需的向心力，而使静摩擦力f 为零。为零。想一想：想一想：想一想：想一想：汽车若超过此速率转弯，可汽车

10、若超过此速率转弯，可汽车若超过此速率转弯，可汽车若超过此速率转弯，可能发生什么现象？为什么？能发生什么现象？为什么？能发生什么现象？为什么？能发生什么现象？为什么？2021/8/11 星期三7为什么火车转弯处为什么火车转弯处为什么火车转弯处为什么火车转弯处-外轨略高于内轨？外轨略高于内轨？外轨略高于内轨？外轨略高于内轨？为什么为什么为什么为什么摩托车赛车手拐摩托车赛车手拐弯时向里倾斜弯时向里倾斜？实例一.车辆转弯2021/8/11 星期三8O 质量为质量为质量为质量为mm的汽车在拱桥上以速度的汽车在拱桥上以速度的汽车在拱桥上以速度的汽车在拱桥上以速度v v前进，前进，前进，前进，桥面的圆弧半径

11、为桥面的圆弧半径为桥面的圆弧半径为桥面的圆弧半径为r r，求汽车过桥的最高点时对桥面的求汽车过桥的最高点时对桥面的求汽车过桥的最高点时对桥面的求汽车过桥的最高点时对桥面的的压力？为了安全，汽车过桥的最大速度不能大于多的压力？为了安全，汽车过桥的最大速度不能大于多的压力？为了安全，汽车过桥的最大速度不能大于多的压力？为了安全，汽车过桥的最大速度不能大于多少？少？少？少？实例二.汽车过拱桥1.1.过凸形过凸形桥桥N NGv解：如图，汽车所受支持力解：如图，汽车所受支持力解：如图，汽车所受支持力解：如图，汽车所受支持力N N和重力和重力和重力和重力GG的合的合的合的合力力力力 提供向心力。根据牛顿第

12、二定律得提供向心力。根据牛顿第二定律得提供向心力。根据牛顿第二定律得提供向心力。根据牛顿第二定律得根据牛顿第三定律，汽车对桥面的压力大小为根据牛顿第三定律，汽车对桥面的压力大小为根据牛顿第三定律，汽车对桥面的压力大小为根据牛顿第三定律，汽车对桥面的压力大小为可见可见可见可见NNmgmg（失重）（失重）（失重）（失重）2021/8/11 星期三9实例二.汽车过拱桥 汽车过桥的速度越大，汽车对桥的压力越小，汽车过桥的速度越大，汽车对桥的压力越小，汽车过桥的速度越大，汽车对桥的压力越小，汽车过桥的速度越大，汽车对桥的压力越小，当速度增大到一定值时，汽车对桥的压力为零，汽当速度增大到一定值时，汽车对桥

13、的压力为零，汽当速度增大到一定值时，汽车对桥的压力为零，汽当速度增大到一定值时，汽车对桥的压力为零，汽车会脱离桥面飞起来。车会脱离桥面飞起来。车会脱离桥面飞起来。车会脱离桥面飞起来。所以汽车的最大速度不能超过所以汽车的最大速度不能超过所以汽车的最大速度不能超过所以汽车的最大速度不能超过根据：根据：根据：根据：2021/8/11 星期三10O2.2.过凹形过凹形桥桥实例二.汽车过拱桥求汽车过凹形路段最低点时对路面的压力？求汽车过凹形路段最低点时对路面的压力？求汽车过凹形路段最低点时对路面的压力？求汽车过凹形路段最低点时对路面的压力？解：汽车受到的重力解：汽车受到的重力解：汽车受到的重力解：汽车受

14、到的重力G G和支持力和支持力和支持力和支持力N N的合力提供汽车圆的合力提供汽车圆的合力提供汽车圆的合力提供汽车圆弧运动的向心力，由牛顿第二定律得：弧运动的向心力，由牛顿第二定律得：弧运动的向心力，由牛顿第二定律得：弧运动的向心力，由牛顿第二定律得：NGv根据牛顿第三定律，汽车对桥面的压力大小为根据牛顿第三定律，汽车对桥面的压力大小为根据牛顿第三定律，汽车对桥面的压力大小为根据牛顿第三定律，汽车对桥面的压力大小为可见可见可见可见NNmgmg（超重）（超重）（超重）（超重）2021/8/11 星期三11实例三.水流星 过山车 荡秋千 杂技演员抡动装满水的碗在竖直平面内做圆周运杂技演员抡动装满水

15、的碗在竖直平面内做圆周运杂技演员抡动装满水的碗在竖直平面内做圆周运杂技演员抡动装满水的碗在竖直平面内做圆周运动，抡起来后水不会流出来，这种表演就水流星。动，抡起来后水不会流出来，这种表演就水流星。动，抡起来后水不会流出来，这种表演就水流星。动，抡起来后水不会流出来，这种表演就水流星。演员保证水流星节目演出演员保证水流星节目演出成功的条件是什么呢？成功的条件是什么呢？1.1.水流星水流星 我们还发现，碗在竖直我们还发现，碗在竖直我们还发现，碗在竖直我们还发现，碗在竖直面内运动到最高点时，已经面内运动到最高点时，已经面内运动到最高点时，已经面内运动到最高点时，已经碗口朝下，水也不会从碗里碗口朝下，

16、水也不会从碗里碗口朝下，水也不会从碗里碗口朝下，水也不会从碗里流出。这是为什么？流出。这是为什么？流出。这是为什么？流出。这是为什么？2021/8/11 星期三12OON N1 1mgmgmgmgN N2 2在最低点：在最低点：碗里的水做圆周运动的向心力碗里的水做圆周运动的向心力碗里的水做圆周运动的向心力碗里的水做圆周运动的向心力是碗底对水向上的弹力和水的重力的合力是碗底对水向上的弹力和水的重力的合力是碗底对水向上的弹力和水的重力的合力是碗底对水向上的弹力和水的重力的合力在最高点：在最高点：碗里的水做圆周运动的向心力碗里的水做圆周运动的向心力碗里的水做圆周运动的向心力碗里的水做圆周运动的向心力

17、是碗底对水向下的弹力和水的重力的合力是碗底对水向下的弹力和水的重力的合力是碗底对水向下的弹力和水的重力的合力是碗底对水向下的弹力和水的重力的合力当当当当N N1 10 0时，水能随碗做圆周运动的最小时，水能随碗做圆周运动的最小时，水能随碗做圆周运动的最小时，水能随碗做圆周运动的最小速度为速度为速度为速度为v v1 1v v2 2实例三.水流星 过山车 荡秋千演出成功的条件演出成功的条件2021/8/11 星期三13重力重力重力重力GG和轨道对车的弹力和轨道对车的弹力和轨道对车的弹力和轨道对车的弹力N N的合力的合力的合力的合力 提供向心力提供向心力提供向心力提供向心力O实例三.水流星 过山车

18、荡秋千N N1 1mgmgv v1 1mgmgN N2 2v v2 22.2.过山车过山车当当当当N N1 10 0时，车恰好能绕过轨道时，车恰好能绕过轨道时，车恰好能绕过轨道时，车恰好能绕过轨道最高点继续做圆周运动的最小速最高点继续做圆周运动的最小速最高点继续做圆周运动的最小速最高点继续做圆周运动的最小速度为度为度为度为在最高点：在最高点：在最低点在最低点：2021/8/11 星期三14最低点最低点mgmgmgmgT TT T重力重力重力重力GG和拉力和拉力和拉力和拉力T T的合力的合力的合力的合力F F 提供向心力提供向心力提供向心力提供向心力最高点最高点最小速度最小速度最小速度最小速度物

19、体离开圆面做曲线运动物体离开圆面做曲线运动物体离开圆面做曲线运动物体离开圆面做曲线运动Ov vv v实例三.水流星 过山车 荡秋千3.3.荡秋千荡秋千2021/8/11 星期三15实例四.圆锥摆【例】质量为【例】质量为【例】质量为【例】质量为mm的球用长为的球用长为的球用长为的球用长为L L的细绳悬于天花板的的细绳悬于天花板的的细绳悬于天花板的的细绳悬于天花板的OO点，点，点，点，并使之在水平面内做匀速圆周运动，细线与竖直线成并使之在水平面内做匀速圆周运动，细线与竖直线成并使之在水平面内做匀速圆周运动，细线与竖直线成并使之在水平面内做匀速圆周运动，细线与竖直线成 角，摆球做匀速圆周运动的周期。

20、角，摆球做匀速圆周运动的周期。角，摆球做匀速圆周运动的周期。角，摆球做匀速圆周运动的周期。圆锥摆 OOr rT TGGF F向向向向L L解：小球受到重力解：小球受到重力解：小球受到重力解：小球受到重力G G和绳子的拉力和绳子的拉力和绳子的拉力和绳子的拉力T T的作的作的作的作用，这两个力的合力提供小球在水平面用，这两个力的合力提供小球在水平面用，这两个力的合力提供小球在水平面用，这两个力的合力提供小球在水平面内做匀速圆周运动所需的向心力，如图内做匀速圆周运动所需的向心力，如图内做匀速圆周运动所需的向心力，如图内做匀速圆周运动所需的向心力，如图所示。所示。所示。所示。2021/8/11 星期三

21、16实例四.圆锥摆 OOr rT TGGF F向向向向L L圆锥摆由平行四边形定则可得：由平行四边形定则可得：由平行四边形定则可得：由平行四边形定则可得：F F向向向向=mgmg.tantan联立上述各式可得联立上述各式可得联立上述各式可得联立上述各式可得r r=L L.sin sin 根据几何关系根据几何关系根据几何关系根据几何关系根据牛顿第二定律根据牛顿第二定律根据牛顿第二定律根据牛顿第二定律 F F向向向向=mama向向向向【例】质量为【例】质量为【例】质量为【例】质量为mm的球用长为的球用长为的球用长为的球用长为L L的细绳悬于天花板的的细绳悬于天花板的的细绳悬于天花板的的细绳悬于天花

22、板的OO点，点，点，点，并使之在水平面内做匀速圆周运动，细线与竖直线成并使之在水平面内做匀速圆周运动，细线与竖直线成并使之在水平面内做匀速圆周运动，细线与竖直线成并使之在水平面内做匀速圆周运动，细线与竖直线成 角，摆球做匀速圆周运动的周期。角，摆球做匀速圆周运动的周期。角，摆球做匀速圆周运动的周期。角，摆球做匀速圆周运动的周期。2021/8/11 星期三17解解解解：（：（：（：（1 1 1 1）受力示意图如图所示。）受力示意图如图所示。）受力示意图如图所示。）受力示意图如图所示。（2 2 2 2）物体所需向心力由静摩擦力提供。物体所需向心力由静摩擦力提供。物体所需向心力由静摩擦力提供。物体所

23、需向心力由静摩擦力提供。根据牛顿第二定律根据牛顿第二定律根据牛顿第二定律根据牛顿第二定律讨论：讨论：讨论：讨论：逐渐增大转动角速度逐渐增大转动角速度逐渐增大转动角速度逐渐增大转动角速度 会出现什么现象？为什么？会出现什么现象？为什么？会出现什么现象？为什么？会出现什么现象？为什么？GGN Nf fr r【例【例【例【例1 1】如图所示是一个水平转盘的示意图，盘上距转轴为】如图所示是一个水平转盘的示意图，盘上距转轴为】如图所示是一个水平转盘的示意图，盘上距转轴为】如图所示是一个水平转盘的示意图，盘上距转轴为r r处，处，处，处，有一质量为有一质量为有一质量为有一质量为mm的小物体随盘做匀速圆周运

24、动。的小物体随盘做匀速圆周运动。的小物体随盘做匀速圆周运动。的小物体随盘做匀速圆周运动。（1 1）若物体在）若物体在）若物体在）若物体在转盘上无滑动，请画出小物体的受力示意图。（转盘上无滑动，请画出小物体的受力示意图。（转盘上无滑动，请画出小物体的受力示意图。（转盘上无滑动，请画出小物体的受力示意图。（2 2）若物体和）若物体和）若物体和）若物体和转盘之间的最大静摩擦力为转盘之间的最大静摩擦力为转盘之间的最大静摩擦力为转盘之间的最大静摩擦力为 f fmm，问圆盘转动的角速度不能超过，问圆盘转动的角速度不能超过，问圆盘转动的角速度不能超过，问圆盘转动的角速度不能超过多少物体才不会滑出？多少物体才

25、不会滑出？多少物体才不会滑出？多少物体才不会滑出？解得解得解得解得实例五.随转盘转动的物体2021/8/11 星期三18把一个小球放在玻璃漏斗里，晃动几下把一个小球放在玻璃漏斗里，晃动几下把一个小球放在玻璃漏斗里，晃动几下把一个小球放在玻璃漏斗里，晃动几下漏斗，可以使小球沿光滑的漏斗壁在某漏斗，可以使小球沿光滑的漏斗壁在某漏斗，可以使小球沿光滑的漏斗壁在某漏斗，可以使小球沿光滑的漏斗壁在某一水平面内做匀速圆周运动（如图）。一水平面内做匀速圆周运动（如图）。一水平面内做匀速圆周运动（如图）。一水平面内做匀速圆周运动（如图）。小球的向心力是由什么力提供的？小球的向心力是由什么力提供的？小球的向心力

26、是由什么力提供的？小球的向心力是由什么力提供的？是重力和漏斗壁对小球支持力的合力是重力和漏斗壁对小球支持力的合力是重力和漏斗壁对小球支持力的合力是重力和漏斗壁对小球支持力的合力提供的，则：提供的，则：提供的，则：提供的，则：重力重力重力重力mgmgmgmg和夹角和夹角和夹角和夹角都是定值，所以当小都是定值，所以当小都是定值，所以当小都是定值，所以当小球的速度越大，它在漏斗中上升得就球的速度越大，它在漏斗中上升得就球的速度越大，它在漏斗中上升得就球的速度越大，它在漏斗中上升得就越高，做圆周运动的半径就越大。越高，做圆周运动的半径就越大。越高，做圆周运动的半径就越大。越高，做圆周运动的半径就越大。F F F FmgmgN N N N2021/8/11 星期三20生活中的向心力2021/8/11 星期三212021/8/11 星期三22