高中物理向心力的知识点分析

高中物理向心力的知识点分析

物理的知识点比较的多，而且比较难，学生需要多花费一点的时间去学习，下面本人的本人将为大家带来高中物理的向心力的知识点介绍，希望能够帮助到大家。

高中物理向心力的知识点

向心力的概念

向心力是当物体沿着圆周或者曲线轨道运动时，指向圆心(曲率中心)的合外力作用力。

向心力公式

该定义式不需要推导，也不需要研究为什么这么定义。

向心力的方向：始终指向物体圆周运动的圆心位置。

补充：如果物体做的不是圆周运动，那么向心力指向微小圆弧所对应的圆心(曲率中心)。

向心力不是力

“向心力”一词是从这种合外力作用所产生的效果而命名的。

这种效果可以由弹力、重力、摩擦力(及其他的力)等任何一力而产生，也可以由几个力的合力或其分力提供。

向心力的大小探究试验的具体操作步骤

(1)用质量不同的钢球和铝球做实验，使两球运动的

半径r和角速度ω相同。

可以观测出，向心力的大小与质量有关，质量越大，所需的向心力就越大。

(2)换用两个质量相同的小球做实验，保持它们运动

的半径相同。

可以观测出，向心力的大小与转动的快慢有关，角速

度越大，所需向心力也越大。

(3)仍用两个质量相同的小球做实验，保持小球运动

角速度相同。

可以观测出，向心力的大小与小球运动的半径有关，运动半径越大，所需的向心力越大。

实验表明，向心力的大小跟物体的质量m、圆周半径

r和角速度ω都有关系。

进一步还可以证明，匀速圆周运动所需的向心力公式为 F=mrω²

做圆周运动的物体，在向心力F的作用下，必然要产生一个加速度，这个加速度的方向与向心力的方向相同，总指向圆心，叫做向心加速度。

对于某一确定的匀速圆周运动来说，m以及r、v的

大小、ω都是不变的，所以向心力和向心加速度的大小不变，但向心力和向心加速度的方向却时刻在改变。

匀速圆周运动是瞬时加速度矢量的方向不断改变的运动，属于变加速运动的范畴。

向心力只改变方向却不改变速度的大小

圆周运动属于曲线运动，在做圆周运动中的物体也同时会受到与其速度方向不同的合外力作用。

对于在做圆周运动的物体，向心力是一种拉力，其方向随着物体在圆周轨道上的运动而不停改变。因此，圆周运动是一种加速度始终在改变的运动。就是因为这样的一种力，始终是沿着圆周半径指向圆周的中心，所以得名“向心力”。

向心力指向圆周中心，且被向心力所控制的物体是沿着切线的方向运动，所以向心力必与受控物体的运动方向垂直，仅产生速度法线方向(切线的垂线方向称之为发现方向)上的加

速度。

因此，向心力只改变所控物体的运动方向，而不改变运动的速率，即使在非匀速圆周运动中也是如此。

非匀速圆周运动中的受力分析

这并非高考要求的内容，因为物理网只做基础的点拨。在非匀速圆周运动中，我们对物体进行受力分析，采用的还是直角坐标系的分解运算。建立坐标系，x轴与y轴的方向，分

别为物体在某点的速度方向与速度垂线方向。

这样，x轴方向的力，会改变速度的大小;而y轴方

向的力(向心力)，会改变速度的方向。

显然，改变运动速率的切向加速度(Fx/m)并非由向心力产生(垂直关系)。

向心力与离心力

严格来说，离心力的说法是不科学的。

离心力(Centrifugal force)是一种惯性的表现，实

际是不存在的。为使物体做圆周运动，物体需要受到一个指向圆心的力--即向心力。若以此物体为原点建立坐标，看起来就好像有一股与向心力大小相同方向相反的力，使物体向远离圆周运动圆心的方向运动。

当物体受力不足以提供圆周运动所需向心力时，看起来就好像离心力大于向心力了，物体会做远离圆心的运动，这种现象叫做“离心现象”。

假设若离心力存在，则与向心力相平衡，物体受力平衡，速度方向不会改变，是平衡态，不可能做圆周运动。

因此，这就证明了离心力并不存在，即离心力是以力的作用效果来虚拟出来的一个力，便于大家的感性认识和理解。

向心力的测量

从历年的考题来看，向心力的测量实验，并不是高考物理的重点内容。不过同学们还是要掌握基本的操作和原理。

实验设备中，配重为了调整平衡;配重环改变的是m

的大小;弹簧调节杆是调整弹簧平衡的。通过弹簧的形变量(横杆上刻度线读数)与劲度系数k可以计算弹力，该力提供圆柱

体及配重环的向心力。这个实验就是探究向心力的下述定义式(是否成立)的。

典型的向心力提供者

都有哪些力可以单独来提供向心力呢?

从场力来看，有万有引力、库仑力、洛伦兹力。

从接触力来看，有弹簧弹力、轨道内表面支持力、绳子拉力等等。

向心力的推导式

通过角速度与线速度的关系，我们还可以得出向心力的推导式如下：

需要指出的是，上述f指的是频率，T的倒数。f还

有一个俗称，就是转数，单位是1/s;

高中物理人造卫星的知识点

人造卫星

人造卫星(Manmade Satellite)：环绕地球在空间轨

道上运行(至少一圈)的无人航天器。人造卫星基本按照天体力学规律绕地球运动，但因在不同的轨道上受非球形地球引力场、大气摩擦、太阳引力、月球引力和光压的影响，实际运动情况非常复杂。人造卫星是发射数量最多、用途最广、发展最快的航天器。人造卫星发射数量约占航天器发射总数的90%以上。

在这里讨论人造卫星一般是只讨论绕地球做匀速圆周运动的人造卫星。大部分的物理题，我们只考虑万有引力充当向心力的

情况。

地球的人造卫星

和星球表面上的物体不同，人造卫星所受的万有引力只有一个作用效果，就是使它绕星球做匀速圆周运动，因此万有引力等于向心力。又由于我们定义重力是由于地球的吸引而使物体受到的力，因此可以认为地球的人造卫星，F=G=fn

(1)人造卫星的线速度和周期。人造卫星的向心力是

由地球对它的万有引力提供的，可以看出，人造卫星的轨道半径r、线速度大小v和周期T是一一对应的，其中一个量确定后，另外两个量也就唯一确定了。离地面越高的人造卫星，匀速圆周运动线速度越小而周期越大。

(2)近地人造卫星。近地卫星的轨道半径r可以近似

地认为等于地球半径R，又因为地面附近，近地卫星分别是绕

地球做匀速圆周运动的人造卫星的最大线速度和最小周期。

(3)同步人造卫星。“同步”的含义就是和地球保持

相对静止(又叫静止轨道卫星)，所以其周期等于地球自转周期，既T=24h，根据⑴可知其轨道半径是唯一确定的，经过计算可

求得同步卫星离地面的高度为h=3.6×107m≈5.6R地(3.6万

公里)，而且该轨道必须在地球赤道的正上方，卫星的运转方

向必须是由西向东，与地球自转相一致。

关于卫星的几个推论

(1)若行星表面的重力加速度为 g，行星的半径为R，则环绕其表面的卫星最低速度(类似于地球的第一宇宙速度)v

为√gR;

(2)若行星的平均密度为ρ，则卫星周期的最小值T 同、G之间存在ρT^2=3π/G的关系式。

(3)卫星绕行星运转时，其线速度v角速度ω，周期