1.向心力
(1)定义:做匀速圆周运动的物体所受的指向圆心的合力。
(2)方向:始终沿着半径指向圆心,与线速度方向垂直。
(3)作用效果:向心力只改变速度的方向,不改变速度的大小。
(4)向心力是由某个力或者几个力的合力提供的,是根据力的作用效果命名的。
2.向心力的大小
(1)实验探究
控制变量
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探究内容
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m、r相同,改变ω
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探究向心力Fn与角速度ω的关系
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m、ω相同,改变r
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探究向心力Fn与半径r的关系
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ω、r相同,改变m
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探究向心力Fn与质量m的关系
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(2)公式:Fn=mω2r或Fn=m。
3.变速圆周运动和一般曲线运动的受力特点
(1)变速圆周运动:做变速圆周运动的物体所受合外力产生两个方面的效果,如图所示。
①跟圆周相切的分力Ft:若与速度同向,则速度越来越大;若与速度反向,则速度越来越小。
②指向圆心的分力Fn:指向圆心,提供物体做圆周运动所需的向心力,改变速度的方向。
(2)一般曲线运动的研究方法
①一般的曲线运动:运动轨迹既不是直线也不是圆周的曲线运动。
②研究方法:可以把曲线分割为许多很短的小段,质点在每小段的运动都可以看作圆周运动的一部分。这样,在分析质点经过曲线上某位置的运动时,就可以采用圆周运动的分析方法来处理了。
判一判
(1)做匀速圆周运动的物体所受合力不变。( )
(2)随水平圆盘一起匀速转动的物体受重力、支持力和向心力作用。( )
(3)由公式Fn=mω2r可知,圆周运动的半径越大,向心力越大。( )
提示:(1)× 做匀速圆周运动的物体合力指向圆心,方向时刻改变。
(2)× 向心力是效果力,物体受重力、支持力、圆盘给它的静摩擦力,静摩擦力充当向心力。
(3)× 只有当质量、角速度一定时,向心力才与半径成正比。
想一想
1.匀速圆周运动中,物体的合力就是向心力吗?合力一定指向圆心吗?在变速圆周运动中呢?
提示:在匀速圆周运动中,物体的合力就是向心力,合力一定指向圆心;在变速圆周运动中,物体的合力不是向心力,合力不指向圆心,但向心力指向圆心。
2.什么情况下质点做速度越来越大的圆周运动?什么情况下质点做速度越来越小的圆周运动?
提示:当合力与速度的夹角为锐角时,质点的速度越来越大;当合力与速度的夹角为钝角时,质点的速度越来越小。