2019-2020年高中物理 第4章 勻速圓周運(yùn)動(dòng) 第2講 向心力與向心加速度學(xué)案 魯科版必修2.doc
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2019-2020年高中物理 第4章 勻速圓周運(yùn)動(dòng) 第2講 向心力與向心加速度學(xué)案 魯科版必修2 [目標(biāo)定位] 1.通過(guò)實(shí)例認(rèn)識(shí)向心力及其方向,理解向心力的作用.2.通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究向心力的大小與哪些因素有關(guān),掌握向心力的公式,能運(yùn)用向心力的公式進(jìn)行計(jì)算.3.知道向心加速度,掌握向心加速度的公式.4.能運(yùn)用牛頓第二定律分析簡(jiǎn)單的圓周運(yùn)動(dòng)問(wèn)題. 一、向心力及其方向 1.定義:做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體會(huì)受到一個(gè)始終指向______的________的作用,這個(gè)力叫做向心力. 2.方向:向心力的方向總是指向______,始終與線速度______,即與質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)方向______. 3.作用效果:只改變速度______,不改變速度______. 4.來(lái)源:向心力是根據(jù)______________命名的.向心力可能是重力,可能是彈力,可能是摩擦力,還可能是它們的合力. 二、向心力的大小 1.實(shí)驗(yàn)研究F與m、r、ω的關(guān)系 (1)實(shí)驗(yàn)方法:______________ (2)結(jié)論:物體的______越大、______越大、轉(zhuǎn)動(dòng)________越大,物體所需向心力就______. 2.計(jì)算公式:F=______=____________. 想一想 做非勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體所受到的合外力指向圓心嗎? 三、向心加速度 1.定義:做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體具有的沿______________指向______的加速度,叫向心加速度. 2.大?。篴=______=__________. 3.方向:始終指向________. 想一想 勻速圓周運(yùn)動(dòng)是勻變速曲線運(yùn)動(dòng)嗎? 一、對(duì)向心力的理解 1.大?。篎=ma=m=mω2r=mωv. 2.方向:沿半徑指向圓心,方向時(shí)刻改變,故向心力是變力. 3.作用效果:由于向心力始終指向圓心,其方向與物體運(yùn)動(dòng)方向始終垂直,故向心力對(duì)物體不做功只改變線速度的方向,不改變其大?。? 4.來(lái)源:它可以是重力、彈力、摩擦力等各種性質(zhì)的力,也可以是幾個(gè)力的合力,還可以是某個(gè)力的分力.例如: (1)地球繞太陽(yáng)做圓周運(yùn)動(dòng).太陽(yáng)對(duì)地球的引力提供向心力(如圖1甲); (2)在光滑水平桌面上做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的小球,繩對(duì)球的拉力提供向心力(如圖乙); (3)圓盤(pán)上隨圓盤(pán)一起勻速轉(zhuǎn)動(dòng)的物塊靜摩擦力提供向心力(如圖丙); (4)在光滑漏斗內(nèi)壁上,做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的小球,支持力與重力的合力提供向心力(如圖丁). 圖1 5.勻速圓周運(yùn)動(dòng)和非勻速圓周運(yùn)動(dòng)合外力特點(diǎn): (1)在勻速圓周運(yùn)動(dòng)中,物體所受到的合力就是向心力且該合力的大小不變但方向時(shí)刻改變. (2)在非勻速圓周運(yùn)動(dòng)中,物體所受合力不指向圓心.合力沿半徑方向的分力提供向心力,改變速度的方向;合力在切線方向上的分力用于改變線速度的大?。? 例1 關(guān)于向心力的說(shuō)法中正確的是( ) A.物體由于做圓周運(yùn)動(dòng)還受到一個(gè)向心力 B.向心力可以是任何性質(zhì)的力 C.做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體其向心力是恒力 D.做圓周運(yùn)動(dòng)的物體所受各力的合力一定提供向心力 例2 如圖2所示,一圓盤(pán)可繞過(guò)圓盤(pán)的中心O且垂直于盤(pán)面的豎直軸轉(zhuǎn)動(dòng),在圓盤(pán)上放一小木塊A,它隨圓盤(pán)一起運(yùn)動(dòng)——做勻速圓周運(yùn)動(dòng),則關(guān)于木塊A的受力,下列說(shuō)法中正確的是( ) 圖2 A.木塊A受重力、支持力和向心力 B.木塊A受重力、支持力和靜摩擦力,摩擦力的方向與木塊運(yùn)動(dòng)方向相反 C.木塊A受重力、支持力和靜摩擦力,摩擦力的方向指向圓心 D.木塊A受重力、支持力和靜摩擦力,摩擦力的方向與木塊運(yùn)動(dòng)方向相同 二、對(duì)向心加速度的理解 1.物理意義:描述做圓周運(yùn)動(dòng)的物體速度方向改變快慢的物理量. 2.方向:總是指向圓心,即向心加速度的方向與速度方向垂直,時(shí)刻在變化,因此勻速圓周運(yùn)動(dòng)是變加速曲線運(yùn)動(dòng). 3.表達(dá)式:a==ω2r=r=ωv (1)公式a=中,當(dāng)速度v不變時(shí),a與r成反比; (2)公式a=ω2r中,當(dāng)角速度不變時(shí),a與r成正比. 例3 如圖3所示,一個(gè)大輪通過(guò)皮帶拉著小輪轉(zhuǎn)動(dòng),皮帶和兩輪之間無(wú)滑動(dòng),大輪的半徑是小輪的2倍,大輪上的一點(diǎn)S與轉(zhuǎn)動(dòng)軸的距離是半徑的,當(dāng)大輪邊上P點(diǎn)的向心加速度是0.12 m/s2時(shí),大輪上的S點(diǎn)和小輪邊緣上的Q點(diǎn)的向心加速度分別為多大? 圖3 審題技巧 應(yīng)用向心加速度表達(dá)式a=ω2r=,注意同軸轉(zhuǎn)動(dòng)角速度相同,皮帶傳動(dòng)線速度相同的規(guī)律. 三、圓周運(yùn)動(dòng)中的動(dòng)力學(xué)問(wèn)題 解決圓周運(yùn)動(dòng)的一般步驟 (1)確定做圓周運(yùn)動(dòng)的物體為研究對(duì)象.明確圓周運(yùn)動(dòng)的軌道平面、圓心位置和半徑. (2)對(duì)研究對(duì)象進(jìn)行受力分析,畫(huà)出受力示意圖.運(yùn)用平行四邊形定則或正交分解法求出外界提供的向心力F. (3)抓住所給的已知條件,是線速度v、角速度ω、還是周期T,根據(jù)向心力公式F=m=mω2r=mr=mvω選擇適當(dāng)形式確定物體所需要的向心力. (4)根據(jù)題意由牛頓第二定律及向心力公式列方程求解. 例4 如圖4所示,質(zhì)量為1 kg的小球用細(xì)繩懸掛于O點(diǎn),將小球拉離豎直位置釋放后,到達(dá)最低點(diǎn)時(shí)的速度為2 m/s,已知球心到懸點(diǎn)的距離為1 m,重力加速度g=10 m/s2,求小球在最低點(diǎn)時(shí)對(duì)繩的拉力的大小. 圖4 四、圓錐擺模型 模型及特點(diǎn):如圖5所示,讓細(xì)線帶動(dòng)小球在水平面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng). 圖5 重力和拉力(或支持力)的合力提供向心力,F(xiàn)合=mgtan θ.設(shè)擺線長(zhǎng)為l,則圓半徑r=lsin θ. 根據(jù)牛頓第二定律:mgtan θ=m 例5 有一種叫“飛椅”的游樂(lè)項(xiàng)目,示意圖如圖6所示.長(zhǎng)為L(zhǎng)的鋼繩一端系著座椅,另一端固定在半徑為r的水平轉(zhuǎn)盤(pán)邊緣.轉(zhuǎn)盤(pán)可繞穿過(guò)其中心的豎直軸轉(zhuǎn)動(dòng).當(dāng)轉(zhuǎn)盤(pán)以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),鋼繩與轉(zhuǎn)動(dòng)軸在同一豎直平面內(nèi),與豎直方向的夾角為θ.不計(jì)鋼繩的重力,求: 圖6 (1)轉(zhuǎn)盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度ω與夾角θ的關(guān)系; (2)此時(shí)鋼繩的拉力多大? 向心力及來(lái)源 1.下列關(guān)于向心力的說(shuō)法中正確的是( ) A.物體由于做圓周運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生了一個(gè)向心力 B.向心力不改變圓周運(yùn)動(dòng)中物體速度的大小 C.做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體其向心力即為其所受的合外力 D.做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體其向心力是不變的 2.如圖7所示,一小球用細(xì)繩懸掛于O點(diǎn),將其拉離豎直位置一個(gè)角度后釋放,則小球以O(shè)點(diǎn)為圓心做圓周運(yùn)動(dòng),運(yùn)動(dòng)中小球所需的向心力是( ) 圖7 A.繩的拉力 B.重力和繩拉力的合力 C.重力和繩拉力的合力沿繩方向的分力 D.繩的拉力和重力沿繩方向分力的合力 向心加速度的計(jì)算 3.如圖8所示,兩輪用皮帶傳動(dòng),皮帶不打滑.圖中有A、B、C三點(diǎn),這三點(diǎn)所在處的半徑rA>rB=rC,則這三點(diǎn)的向心加速度aA、aB、aC的大小關(guān)系是( ) 圖8 A.a(chǎn)A=aB=aC B.a(chǎn)C>aA>aB C.a(chǎn)C- 1.請(qǐng)仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對(duì)于不預(yù)覽、不比對(duì)內(nèi)容而直接下載帶來(lái)的問(wèn)題本站不予受理。
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