《向心力》圓周運動PPT(第一課時向心力)
第一部分內容：必備知識·素養奠基
一、向心力
【思考】光滑桌面上細線拴小球做勻速圓周運動,所受合力沿什么方向?
提示:所受合力沿細線方向,指向圓心。
1.實例表明:做勻速圓周運動的物體受到了指向_____的合力。
2.方向:始終沿半徑指向_____。
3.表達式:
(1)Fn=_____
(2)Fn=_____。
4.效果力:向心力是根據力的_________來命名的,凡是產生向心加速度的力,都是向心力。
二、變速圓周運動和一般曲線運動
1.變速圓周運動的合力
(1)跟圓周相切的分力Ft產生切向加速度at,切向加速
度描述___________變化的快慢。
(2)指向圓心的分力Fn產生向心加速度an,向心加速度
描述_______________的快慢。
2.一般曲線運動:
(1)處理方法:_______?？梢詫⒁话愕那�分割成許多很短的小段,看作一小段圓弧。
(2)用圓周運動的處理方法研究質點在這一小段圓弧上的運動。
(3)下列描述中,你認為符合科學事實的有_____。
①勻速圓周運動的向心力是恒力
②勻速圓周運動的合力就是向心力
③變速圓周運動的向心力不指向圓心
④向心力是具有某種特定性質的力
⑤向心力可以由重力或彈力來充當
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向心力PPT，第二部分內容：關鍵能力·素養形成
一 向心力
1.勻速圓周運動中向心力的方向:
方向時刻在變化,始終指向圓心,與線速度的方向垂直。
2.向心力的特點:由于向心力的方向與物體運動方向始終垂直,故向心力不改變線速度的大小,只改變線速度的方向。
3.向心力的來源:勻速圓周運動中,向心力等于物體的合外力,常等效為三種情況:合力充當向心力,某一個力充當向心力,某個力的分力充當向心力。
【思考·討論】
情境:飛機在空中水平面內做勻速圓周運動;在光滑漏斗內壁上,小球做勻速圓周運動。
討論:
(1)飛機和小球在運動過程中受到哪些力的作用? (模型建構)
提示:重力和支持力。
(2)這些力的合力方向及作用效果是什么?(物理觀念)
提示:這些力的合力指向圓心,充當向心力,用來提供向心力。
【典例示范】
如圖甲為游樂園中“空中飛椅”的游戲設施,它的基本裝置是將繩子上端固定在轉盤的邊緣上,繩子的下端連接座椅,人坐在座椅上隨轉盤旋轉而在空中飛旋。若將人和座椅看成一個質點,則可簡化為如圖乙所示的物理模型,其中P為處于水平面內的轉盤,可繞豎直轉軸OO′轉動,設繩長l=10 m,質點的質量m=60 kg,轉盤靜止時質點與轉軸之間的距離d=4.0 m,轉盤逐漸加速轉動,經過一段時間后質點與轉盤一起做勻速圓周運動,此時繩與豎直方向的夾角θ=37°,不計空氣阻力及繩重,且繩不可伸長,sin37°=0.6,cos 37°=0.8,g取10 m/s2,求質點與轉盤一起做勻速圓周運動時:
【解題探究】
(1)質點在水平面內做勻速圓周運動,在豎直方向上所受合力情況怎樣?
提示:在豎直方向上合力為零。
(2)怎樣確定質點做圓周運動的半徑?
提示:質點到豎直軸OO′間的距離為質點做圓周運動的半徑。
【規律方法】分析勻速圓周運動問題的基本步驟
(1)明確研究對象,對研究對象進行受力分析,畫出受力示意圖。
(2)確定物體做圓周運動的軌道平面、圓心、半徑。
(3)將物體所受外力通過力的正交分解,分解到沿切線方向和沿半徑方向。
二 變速圓周運動與一般曲線運動
1.變速圓周運動合力的作用效果:
(1)跟圓周相切的分力Ft:產生切向加速度,此加速度改變線速度的大小。
(2)指向圓心的分力Fn:產生向心加速度,此加速度改變線速度的方向。
2.勻速圓周運動與變速圓周運動的比較:
3.一般曲線運動:
(1)運動軌跡既不是直線也不是圓周的曲線運動。
(2)處理方法:一般的曲線運動中,可以把曲線分割成許多很短的小段,質點在每小段的運動都可以看作圓周運動的一部分。
【思考·討論】
一列高鐵列車勻速駛入如圖所示的曲線彎道時,怎樣研究它的運動規律?
(科學思維)
提示:高鐵列車勻速駛入曲線彎道某一路段時,可以看作圓周運動的一部分。
【典例示范】
如圖所示,物塊P置于水平轉盤上隨轉盤一起運動,且與轉盤相對靜止,圖中c沿半徑指向圓心,a與c垂直,下列說法正確的是( )
A.當轉盤勻速轉動時,P受摩擦力方向為b方向
B.當轉盤加速轉動時,P受摩擦力方向可能為c方向
C.當轉盤加速轉動時,P受摩擦力方向可能為a方向
D.當轉盤減速轉動時,P受摩擦力方向可能為d方向
三 勻速圓周運動臨界問題
1.常見類型:
(1)繩的拉力達到最大或為零。
(2)物體開始滑動時靜摩擦力達到最大。
(3)物體脫離接觸面時壓力為零。
2.解題關鍵:
(1)在圓周運動問題中,當出現“恰好”“最大”“至少”“取值范圍”等字眼時,說明運動過程中存在臨界點。
(2)分析臨界狀態的受力,列出臨界條件下的牛頓第二定律方程。
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