（沪科版）高中物理 2.2研究匀速圆周运动的规律 ppt课件

（沪科版）高中物理 2.2研究匀速圆周运动的规律 ppt课件内容摘要：

1、究匀速圆周运动的规律情境导入 课程目标 1 . 知道向心力及其方向 , 理解向心力的作用。 2 . 通过实验理解向心力与哪些因素有关 , 掌握向心力的公式及其变形。 3 . 知道向心加速度 , 掌握向心加速度的公式及其变形。 4 . 能用向心力和向心加速度公式进行计算。 一 二一、向心加速度 1 . 定义 : 做匀速圆周运动的物体具有的沿 半径指向圆心 的加速度 , 叫向心加速度。 2 . 方向 : 时刻与物体的速度方向 垂直 且指向 圆心。 3 . 大小 : a=2R= 2R。 ( 1 ) a=2R, 当线速度 v 不变时 , a 与 R 成 反比。 ( 2 ) a= 2R , 当角速 2、度 不变时 , a 与 R 成 正比。 4 . 意义 : 描述 线速度方向 改变快慢的物理量。 思考 物体做匀速圆周运动时 , 向心加速度是一个恒量吗 ? 提示 : 不是。 其方向不断变化。 一 二二、向心力 1 . 定义 : 在匀速圆周运动中 , 产生 向心加速度 的力叫做向心力。 2 . 方向 : 始终指向 圆心。 3 . 大小 : F= 2R= m 2R。 4 . 效果 : 改变物体的速度 方向 , 但不改变物体的速度 大小。 思考 物体做变速圆周运动时 , 向心力的方向不再指向圆心 , 这样说正确吗 ? 提示 : 不正确。 只要是圆周运动 , 向心力的方向都指向圆心。 探究点一 探 3、究点二 探究点三探究一对向心加速度的理解 问题导引地球在不停地公转和自转 , 关于地球的自转 , 思考以下问题 : ( 1 ) 地球上各地的角速度大小、线速度大小是否相同 ? ( 2 ) 地球上各地的向心加速度大小是否相同 ? 提示 : ( 1 ) 地球上各地自转的周期都是 24 h , 所以地球上各地的角速度大小相同 , 但由于各地自转的半径不同 ,由 v= R 知线速度不同。 ( 2 ) 由 a= 2R 知 , 地球上各地的向心加速度的大小因自转半径的不同而不同。 探究点一 探究点二 探究点三名师精讲1 . 向心加速度的物理意义 描述线速度改变的快慢 , 只表示线速度的方向变化的快慢 , 4、不表示其大小变化的快慢。 2 . 方向 总是沿着圆周运动的半径指向圆心 , 即方向始终与运动方向垂直 , 方向时刻改变。 3 . 圆周运动的性质 不论加速度 a 的大小是否变化 , a 的方向是时刻改变的 , 所以圆周运动一定是变加速曲线运动。 探究点一 探究点二 探究点三4 . 向心加速度的大小 ( 1 ) 公式 a=2 对于匀速圆周运动 , 当线速度一定时 , 向心加速度的大小与运动半径成反比 ; 当半径一定时 , 向心加速度的大小与线速度的二次方成正比。 该公式常用于分析涉及线速度的圆周运动问题或有两个物体做圆周运动且它们的线速度相同的情景。 ( 2 ) 公式 a= 2R 该公式表明 , 5、对于匀速圆周运动 , 当角速度一定时 , 向心加速度的大小与运动半径成正比 ; 当半径一定时 , 向心加速度的大小与角速度的二次方成正比。 该公式常用于分析涉及角速度的圆周运动问题或有两个物体做圆周运动且它们的角速度相同的情景。 探究点一 探究点二 探究点三( 3 ) 公式拓展 在以上两个公式的基础上 , 结合描述匀速圆周运动的各物理量之间的关系 , 可得到以下公式 a=4 2 4 2 v。 ( 4 ) 加速度与半径的关系 根据上面的讨论 , 加速度与半径的关系与物体的运动特点有关。 若线速度一定 , a 与 R 成反比 ; 若角速度 ( 或周期、转速 ) 一定 , a 与 R 成正比。 如图所示 6、。 探究点一 探究点二 探究点三警示 ( 1 ) 以上公式也适用于变速圆周运动中向心加速度的计算 ,但计算得到的只是沿径向的加速度 , 不包括沿切向的加速度。 ( 2 ) 不同的表达式中 , a 与同一物理量间有不同的关系 , 所以在讨论 a 与其中某一个量的关系时 , 要根据不变量选择合适的公式讨论。 探究点一 探究点二 探究点三【例题 1 】 ( 多选 ) 如图是甲、乙两球做匀速圆周运动时 , 向心加速度随半径变化的图像 , 其中图线甲为双曲线的一支 , 图线乙为过原点的一条直线。 由图像可以知道 ( ) A . 甲球运动时 , 线速度大小保持不变 B. 甲球运动时 , 角速度大小保持不变 7、C. 乙球运动时 , 线速度大小保持不变 D. 乙球运动时 , 角速度大小保持不变 探究点一 探究点二 探究点三点拨 : 求解本题时 , 应先根据图像确定向心加速度随半径 R 变化的函数关系 , 再根据这个函数关系 , 结合向心加速度的计算公式作出判断。 解析 : 图线甲表明物体的向心加速度与半径成反比 , 由 a=2 物体运动的线速度不变 , 选项 A 正确 ; 图线乙表明物体的向心加速度与半径成正比 , 由 a= 2R 可知 , 物体的角速度大小不变 , 选项 D 正确。 答案 : 探究点一 探究点二 探究点三题后反思 在利用图像解决物理问题时 , 要注意充分挖掘图像中所携带的信息 , 如 8、 : 一个量随另一个量如何变化 ; 变化的确切数量关系 ;斜率多大 , 其物理意义是什么 ; 截距、面积各有什么意义等。 同时还要注意把物理图像和具体的物理情景结合起来考虑 , 应该选取哪一个规律或公式解决问题。 触类旁通 试作出当线速度 v 一定时与角速度 一定时的 提示 : 如图所示。 探究点一 探究点二 探究点三探究二对向心力的理解 问题导引如图所示 , 在线的一端系一个小轻球 ( 如塑料球等 ),另一端牵在手中。 将手举过头顶 , 使小球在水平面内做圆周运动。 感受小球运动时线对手的拉力。 改变小球转动的快慢、线的长度或球的质量 , 感受向心力的变化跟哪些因素有关。 提示 : 与小球的质量、 9、转动半径、角速度有关 , 并随着小球质量变大、角速度变大、转动半径变大 , 小球对手的拉力也变大。 探究点一 探究点二 探究点三名师精讲1 . 向心力的作用效果 改变线速度的方向。 由于向心力始终指向圆心 , 其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。 2 . 大小 F =m2R=m 2R =m v。 3 . 方向 无论是否为匀速圆周运动 , 其向心力总是沿着半径指向圆心 , 方向时刻改变 , 故向心力是变力。 探究点一 探究点二 探究点三4 . 来源 ( 1 ) 向心力可以由重力提供 , 如用细线拴住小球在竖直面内转动 , 当它经过最高点时 , 若绳的拉力恰好为零 , 则 10、此时向心力由重力提供 , F =G , 如图 ( a )。 ( 2 ) 向心力可以由弹力提供 , 如用细线拴住小球在光滑的水平面内做匀速圆周运动 , 向心力由细线的拉力 T 即弹力 ) 提供 , 即 F =T , 如图 ( b )。 ( 3 ) 向心力可以由摩擦力提供 , 如物体随转盘做匀速圆周运动 , 且物体相对转盘静止 , 向心力由转盘对物体的静摩擦力提供 , 即 F =f , 如图 ( c )。 探究点一 探究点二 探究点三( 4 ) 向心力可以由合力来提供 , 如细线拴住小球在竖直面内做匀速圆周运动 , 当小球经过最低点时向心力由细线的拉力 T 和重力 G 的合力提供 ,即 F 11、=T - G , 如图 ( d )。 ( 5 ) 向心力可由某个力的分力提供 , 如小球在细线作用下 , 在水平面内做圆锥摆的运动 , 向心力由细线的拉力在水平面内的分力提供 , 即 F = 如图( e )。 警示 ( 1 ) 向心力是效果力 , 由某一个力或者几个力的合力、某个力的分力提供 , 对物体受力分析时不能考虑向心力。 ( 2 ) 公式 F = m2R= m R 2不仅适用于匀速圆周运动 , 也适用于变速圆周运动。 ( 3 ) 匀速圆周运动中 , 总是合力提供向心力 ; 非匀速圆周运动中 , 合力不一定指向圆心 , 合力在沿半径方向的分力充当向心力。 探究点一 探究点二 探究点三 12、【例题 2 】 ( 多选 ) 如图所示 , 一个内壁光滑的圆锥筒的轴线垂直于水平面 , 圆锥筒固定不动 , 有两个质量相同的小球 A 和 B 紧贴着内壁分别在图中所示的水平面内做匀速圆周运动。 则下列说法正确的是 ( ) A . 球 A 的线速度必定大于球 B 的线速度 B. 球 A 的角速度必定小于球 B 的角速度 C. 球 A 的运动周期必定小于球 B 的运动周期 D. 球 A 对筒壁的压力必定大于球 B 对筒壁的压力 探究点一 探究点二 探究点三解析 : 两球均贴着圆锥筒的内壁 , 在水平面内做匀速圆周运动 , 它们均受到重力和筒壁对它们的弹力作用 , 其合力必定在水平面内时刻指向圆心 , 13、 如图所示。 由图可知 , 筒壁对球的弹力为 s i n , 对于 A 、 B 两球 , 因质量相等 , 角也相等 , 所以 A 、 B 两球受到筒壁的弹力大小也相等 , 由牛顿第三定律知 , A 、B 两球对筒壁的压力大小也相等 , D 选项不正确。 探究点一 探究点二 探究点三对球运用牛顿第二定律得 t a n =m2R=m 2R= 2球的线速度 v= Rt a n ,角速度 = R t a n , 周期 T = 2 R t a n。 由此可见 , 球的线速度随轨道半径的增大而增大 , 所以 A 球的线速度必定大于 B 球的线速度 , A 选项正确。 球的角速度随半径的增大而减小 , 周期随 14、半径的增大而增大 , 所以 A 球的角速度小于 B 球的角速度 , A 球的周期大于 B 的周期 , B 选项正确 , C 选项不正确。 答案 : 探究点一 探究点二 探究点三题后反思 ( 1 ) A 、 B 两球的向心加速度、线速度、角速度、周期、频率等物理量与球的质量无关 , 在 g 、 相同的情况下仅由轨道半径决定。 ( 2 ) 由解题过程可见 , 圆周运动问题属于一般的动力学问题 , 无非是由物体的受力情况确定物体的运动情况 , 或者由物体的运动情况求解物体的受力情况 , 解题的思路就是 : 以加速度为纽带 , 运用牛顿第二定律和运动学公式列方程 , 求解并讨论。 学习者应把已经掌握的解 15、决动力学问题的方法迁移到解决圆周运动的问题中。 探究点一 探究点二 探究点三探究三对匀速圆周运动的理解 问题导引 生活中有很多运动可近似看作匀速圆周运动 : 车轮的旋转、过山车的运动、飞机在空中的盘旋等。 关于匀速圆周运动 , 请思考 : 匀速圆周运动的速度、加速度、受力有何特点 ? 提示 : 速度大小恒定、方向始终变化 , 加速度大小恒定 , 方向始终指向圆心 , 合力提供向心力。 探究点一 探究点二 探究点三名师精讲1 . 匀速圆周运动的三个特点 ( 1 ) 线速度大小不变、方向时刻改变。 ( 2 ) 角速度、周期、频率都恒定不变。 ( 3 ) 向心加速度和向心力的大小都恒定不变 , 但方向时刻改变。 2 . 匀速圆周运动的性质 ( 1 ) 线速度大小不变而方向时刻改变 , 是变速运动 , 不是匀速运动。 ( 2 ) 加速度大小不变而方向时刻改变 , 是变加速曲线运动。 3 . 质点做匀速圆周运动的条件 合力的大小不变 , 方向始终与速度方向垂直。 警示 ( 1 ) 匀速圆周运动具有周期性 ,。