2019-2020年高中物理 第4章 勻速圓周運動 第2講 向心力與向心加速度學案 魯科版必修2.doc
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2019-2020年高中物理 第4章 勻速圓周運動 第2講 向心力與向心加速度學案 魯科版必修2 [目標定位] 1.通過實例認識向心力及其方向,理解向心力的作用.2.通過實驗探究向心力的大小與哪些因素有關,掌握向心力的公式,能運用向心力的公式進行計算.3.知道向心加速度,掌握向心加速度的公式.4.能運用牛頓第二定律分析簡單的圓周運動問題. 一、向心力及其方向 1.定義:做勻速圓周運動的物體會受到一個始終指向______的________的作用,這個力叫做向心力. 2.方向:向心力的方向總是指向______,始終與線速度______,即與質點的運動方向______. 3.作用效果:只改變速度______,不改變速度______. 4.來源: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.實驗研究F與m、r、ω的關系 (1)實驗方法:______________ (2)結論:物體的______越大、______越大、轉動________越大,物體所需向心力就______. 2.計算公式:F=______=____________. 想一想 做非勻速圓周運動的物體所受到的合外力指向圓心嗎? 三、向心加速度 1.定義:做勻速圓周運動的物體具有的沿______________指向______的加速度,叫向心加速度. 2.大小:a=______=__________. 3.方向:始終指向________. 想一想 勻速圓周運動是勻變速曲線運動嗎? 一、對向心力的理解 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,其方向與物體運動方向始終垂直,故向心力對物體不做功只改變線速度的方向,不改變其大?。? 4.來源:它可以是重力、彈力、摩擦力等各種性質的力,也可以是幾個力的合力,還可以是某個力的分力.例如: (1)地球繞太陽做圓周運動.太陽對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動的小球,繩對球的拉力提供向心力(如圖乙); (3)圓盤上隨圓盤一起勻速轉動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,做勻速圓周運動的小球,支持力與重力的合力提供向心力(如圖丁). 圖1 5.勻速圓周運動和非勻速圓周運動合外力特點: (1)在勻速圓周運動中,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刻改變. (2)在非勻速圓周運動中,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小. 例1 關于向心力的說法中正確的是( ) A.物體由于做圓周運動還受到一個向心力 B.向心力可以是任何性質的力 C.做勻速圓周運動的物體其向心力是恒力 D.做圓周運動的物體所受各力的合力一定提供向心力 例2 如圖2所示,一圓盤可繞過圓盤的中心O且垂直于盤面的豎直軸轉動,在圓盤上放一小木塊A,它隨圓盤一起運動——做勻速圓周運動,則關于木塊A的受力,下列說法中正確的是( ) 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動方向相反 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動方向相同 二、對向心加速度的理解 1.物理意義:描述做圓周運動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,時刻在變化,因此勻速圓周運動是變加速曲線運動. 3.表達式:a==ω2r=r=ωv (1)公式a=中,當速度v不變時,a與r成反比; (2)公式a=ω2r中,當角速度不變時,a與r成正比. 例3 如圖3所示,一個大輪通過皮帶拉著小輪轉動,皮帶和兩輪之間無滑動,大輪的半徑是小輪的2倍,大輪上的一點S與轉動軸的距離是半徑的,當大輪邊上P點的向心加速度是0.12 m/s2時,大輪上的S點和小輪邊緣上的Q點的向心加速度分別為多大? 圖3 審題技巧 應用向心加速度表達式a=ω2r=,注意同軸轉動角速度相同,皮帶傳動線速度相同的規(guī)律. 三、圓周運動中的動力學問題 解決圓周運動的一般步驟 (1)確定做圓周運動的物體為研究對象.明確圓周運動的軌道平面、圓心位置和半徑. (2)對研究對象進行受力分析,畫出受力示意圖.運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,質量為1 kg的小球用細繩懸掛于O點,將小球拉離豎直位置釋放后,到達最低點時的速度為2 m/s,已知球心到懸點的距離為1 m,重力加速度g=10 m/s2,求小球在最低點時對繩的拉力的大?。? 圖4 四、圓錐擺模型 模型及特點:如圖5所示,讓細線帶動小球在水平面內(nèi)做勻速圓周運動. 圖5 重力和拉力(或支持力)的合力提供向心力,F(xiàn)合=mgtan θ.設擺線長為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”的游樂項目,示意圖如圖6所示.長為L的鋼繩一端系著座椅,另一端固定在半徑為r的水平轉盤邊緣.轉盤可繞穿過其中心的豎直軸轉動.當轉盤以角速度ω勻速轉動時,鋼繩與轉動軸在同一豎直平面內(nèi),與豎直方向的夾角為θ.不計鋼繩的重力,求: 圖6 (1)轉盤轉動的角速度ω與夾角θ的關系; (2)此時鋼繩的拉力多大? 向心力及來源 1.下列關于向心力的說法中正確的是( ) A.物體由于做圓周運動而產(chǎn)生了一個向心力 B.向心力不改變圓周運動中物體速度的大小 C.做勻速圓周運動的物體其向心力即為其所受的合外力 D.做勻速圓周運動的物體其向心力是不變的 2.如圖7所示,一小球用細繩懸掛于O點,將其拉離豎直位置一個角度后釋放,則小球以O點為圓心做圓周運動,運動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 向心加速度的計算 3.如圖8所示,兩輪用皮帶傳動,皮帶不打滑.圖中有A、B、C三點,這三點所在處的半徑rA>rB=rC,則這三點的向心加速度aA、aB、aC的大小關系是( ) 圖8 A.a(chǎn)A=aB=aC B.a(chǎn)C>aA>aB C.a(chǎn)C- 配套講稿:
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