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物理教師招聘考試:輕松搞定向心力

來源:教師招聘網  時間:2019-11-14 20:24:14

一、全面剖析

1.向心力的概念

向心力是當物體沿著圓周或者曲線軌道運動時,指向圓心(曲率中心)的作用力。

2.向心力的方向:始終指向圓心,與線速度方向垂直。

3.作用效果:產生向心加速度,只改變物體速度的方向,不改變速度的大小。

4.向心力的公式

定義式不需要推導,也不需要研究為什么這么定義。

補充:如果物體做的不是圓周運動,那么向心力指向微小圓弧所對應的圓心(曲率中心)。

5.向心力不是“力”

“向心力”一詞是從這種合外力作用所產生的效果而命名的。是一種效果力,而并不是我們定義的力。這個力的施力物體可能是多個物體。

這種效果可以由彈力、重力、摩擦力等各種力提供,也可以是幾個力的合力或某個力的分力。

二、常見的向心力

1.人造地球衛星:向心力由萬有引力提供。

2.繩系小球在光滑水平面上做勻速圓周運動:向心力由繩的彈力提供。

3.物體在轉盤上隨盤一起勻速轉動:向心力由摩擦力提供。

4.氫原子核外電子繞核運轉:向心力由電場力提供。

5.帶電粒子垂直進入勻強磁場做勻速圓周運動:向心力由洛倫茲力提供。

6.用繩拴小球在豎直面內做圓周運動的軌道最高點和最低點的向心力:小球所受重力與繩拉力的合力。

7.火車轉彎時需要的向心力:正常行駛情況下可由重力和軌道彈力的合力提供。

三、向心力與離心力

嚴格來說,物理上沒有離心力的概念,心力的說法是不科學的。

假設若離心力存在,則與向心力相平衡,物體受力平衡,速度方向不會改變,是平衡態,不可能做圓周運動。因此,這就證明了離心力并不存在。即離心力是以力的作用效果來虛擬出來的一個力,便于大家的感性認識和理解。

離心力是種慣性的表現,實際是不存在的。為使物體做圓周運動,物體需要受到個指向圓心的力,即向心力。若以此物體為原點建立坐標,看起來就好像有一股與向心力大小相同方向相反的力,使物體向遠離圓周運動圓心的方向運。

當物體受力不足以提供圓周運動所需向心力時,看起來就好像離心力大于向心力了,物體會做遠離圓心的運動。這種現象叫離心現象。

四、小試牛刀

(多選)洗衣機的甩干筒在旋轉時有衣服附在筒壁上,則此時( )。

A.衣服受重力,筒壁的彈力和摩擦力,及離心力作用

B.衣服隨筒壁做圓周運動的向心力由筒壁的彈力提供

C.筒壁對衣服的摩擦力隨轉速的增大而增大

D.筒壁對衣服的彈力隨著衣服含水量的減少而減少

【答案】BD。解析:A、衣服受到重力、筒壁的彈力和靜摩擦力作用。故A錯誤;B、衣服隨筒壁做圓周運動的向心力是筒壁的彈力。故B正確;C、衣物附在筒壁上隨筒一起做勻速圓周運動,衣物的重力與靜摩擦力平衡,筒壁的彈力F提供衣物的向心力,得到

,可見,轉速n增大時,彈力F也增大,而摩擦力不變。故C錯誤;D、如轉速不變,筒壁對衣服的彈力隨著衣服含水量的減少,則所需要的向心力減小,所以筒壁對衣服的彈力也減小。故D正確;故選:BD。

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(責任編輯:岳曉明)

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