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第六节向心力1.理解向心力的概念及其表达式的含义.2.知道向心力大小与哪些因素有关,并能用来进行计算.3.知道向心力是效果力,会在实际问题中分析向心力来源.指向圆心4.向心力的来源(1)向心力是按照力的效果命名的,使物体受到的力均可称作向心力.(2)匀速圆周运动中向心力可能是物体所受力的,也可能是某个力的分力.二、实验验证1.装置:细线下面悬挂一个钢球,用手带动钢球使它在某个水平面内做匀速圆周运动,组成一个圆锥摆且θ很小,如图所示.半径三、变速圆周运动和一般的曲线运动1.变速圆周运动变速圆周运动所受合外力向心力,合外力产生两个方向的效果.(1)合外力F跟圆周相切的分力Fτ,此力产生,描述速度的快慢.(2)合外力F跟圆周切线垂直而指向圆心的分力Fn,此分力产生,描述速度的快慢.2.一般的曲线运动的处理方法一般的曲线运动中,可以把曲线分割成许多很短的小段,每一小段可看作一小段,质点沿一般曲线运动时,可以采用圆周运动的处理方法进行处理.如图所示在田径运动会上,链球运动员在将链球抛掷出手之前,总要双手拉着链条加速转动几圈(如图所示),这样可以使链球速度尽量增大,抛掷出手后飞行得更远.在运动员加速转动的过程中,能发现他手中与链球相连的链条与竖直方向的夹角θ将随着链球速度的增大而增大.链球做圆周运动需要的向心力由哪些力提供?提示:由链条拉力指向圆心方向的分力提供链球做圆周运动的向心力.一、对向心力的理解1.向心力是效果力向心力的作用效果是只改变速度方向,不改变速度大小.它不是具有特定性质的某种力,任何性质的力都可以作为向心力.2.向心力的来源对物体进行受力分析得到的指向圆心的力提供向心力.向心力可以是某个力,可以是某几个力的合力,也可以是某个力的分力.3.向心力是变力向心力的方向指向圆心,方向时刻在变,所以向心力是变力.二、对匀速圆周运动的进一步理解1.匀速圆周运动的特点线速度大小不变、方向时刻改变;角速度、周期、频率都恒定不变;向心加速度和向心力大小都恒定不变,但方向时刻改变.2.匀速圆周运动的性质(1)线速度仅大小不变而方向时刻改变,是变速运动.(2)向心加速度仅大小恒定而方向时刻改变,是非匀变速曲线运动.(3)匀速圆周运动具有周期性,即每经过一个周期运动物体都要重新回到原来的位置,其运动状态(如v、a大小及方向)也要重复原来的情况.(4)做匀速圆周运动的物体所受外力的合力大小恒定,方向总是沿半径指向圆心,方向时刻改变.3.质点做匀速圆周运动的条件合外力的大小不变,方向始终与速度方向垂直且指向圆心.匀速圆周运动仅是速度的方向变化而速度大小不变的运动,所以只存在向心加速度,因此向心力就是做匀速圆周运动的物体所受的合外力.4.匀速圆周运动和变速圆周运动的区别(1)匀速圆周运动的合外力全部用来提供向心力,合外力时刻指向圆心.(2)变速圆周运动的合外力一般不指向圆心,合外力沿半径指向圆心的分力提供向心力,合外力沿切线方向的分力改变速度大小,从做曲线运动的条件可知,变速圆周运动中物体所受的合力方向与速度方向一定不垂直,当物体受到的合力与瞬时速度之间的夹角是锐角时,速率增大,当物体受到的合力与速度之间的夹角是钝角时,速率减小.例如:用一细线系一小球在竖直平面内做变速圆周运动,在向下加速运动过程的某一位置A和向上减速运动过程的某一位置B,小球的受力情况如图所示.比较可知,匀速圆周运动和变速圆周运动受力情况的不同是:匀速圆周运动中,合力全部用来提供向心力,合力指向圆心;变速圆周运动中,合力沿着半径方向的分量提供向心力,合力不一定指向圆心.【特别提醒】(1)由于线速度、向心力、向心加速度是矢量,对于匀速圆周运动,它们的大小不变,但方向时刻改变,因此都不是恒量.(2)任何情况的圆周运动,向心力的方向一定指向圆心,而且一定是沿半径指向圆心的合外力提供向心力.三、匀速圆周运动的处理方法1.指导思路凡是做匀速圆周运动的物体一定需要向心力.而物体所受外力的合力充当向心力,这是处理该类问题的理论基础.2.解题步骤(1)明确研究对象,对研究对象进行受力分析,画出受力示意图.(2)明确物体做圆周运动的圆平面、圆心和半径.(3)将物体所受外力通过力的正交分解将其分解在两条直线上,其中一个方向上的分力沿半径方向.3.几种常见的匀速圆周运动的实例图表【特别提醒】(1)对做圆周运动的物体进行受力分析时,注意以下几点:物体的受力应是实际受到的力,是性质力,存在施力物体;不另外分析向心力;(2)列方程时要区分受到的力和物体做圆周运动所需的向心力,利用题目条件灵活运用向心力表达式.如图所示,有一个水平大圆盘绕过圆心的竖直轴匀速转动,小强站在距圆心为r处的P点不动.关于小强的受力,下列说法正确的是A.小强在P点不动,因此不受摩擦力作用B.小强随圆盘做匀速圆周运动,其重力和支持力充当向
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