浅谈向心力

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浅谈向心力

高一学生在学习圆周运动过程中，往往感觉比较困难，原因主要是对向心力的概念理解不透彻、不全面，尤其是对向心力的来源分析不清。下面就本人在处理上述问题上的一些做法与大家共享，希望起到抛砖引玉的作用，有不足之处也望大家批评指正。



一、对向心力概念的理解

向心力是根据力的作用效果命名的，它不能与重力、弹力、摩擦力等这些按性质命名的力相提并论。它可以是重力、弹力、摩擦力、电场力、磁场力等其中的某一个力，也可以是某一个力的分力或其中几个力的合力，在不同问题中，要具体问题具体分析。如在水平弯道上车辆转弯，由静摩擦力这一个力来充当向心力。而在倾斜的弯道上转弯，可能是支持力的水平分量来充当向心力，也可能是支持力的水平分量和静摩擦力的水平分量的合力来充当向心力。向心力的方向时刻指向圆心，方向不断变化，因而向心力一定是变力。它的作用效果是产生向心加速度改变速度方向。由于向心的方向沿半径指向圆周心，与速度方向垂直，所以它只改变速度方向，不改变速度大小，永远不做功。向心力的大小与运动情况有关，如果物体匀速圆周运动，向心力大小不变；如果做变速圆周运动，向心力大小改变。我们对向心力的概念理解既要准确还要全面，在分析相关问题时才能做到万无一失。



二、向心力来源的分析

我们可以把向心力看作沿半径方向指向圆周心合外力。因而我们在分析向心力时要先确定圆心的位置和轨道平面，这样就明确了半径的方向，然后对物体进行受力分析，为了避免漏力，要养成按先场力再弹力后摩擦力的顺序分析力的习惯，画出力的示意图。与半径垂直的力对向心力没有贡献。先不用考虑它，把与半径不垂直的力分解到半径方向和垂直于半径方向上，为了便于合成，把指向圆心的力的方向规定为正方向，背离圆心的方向规定为负方向。这样就很容易把半径方向的力合成，从而得到向心力，有时为了求出力的大小，还要结合与半径垂直的方向上的力，如果物体做匀速圆周运动，该方向上的合力为零，物体做变速圆周运动，切线方向合力不为零，这种分析思路既适合受力简单的物体，更适合受力复杂不容易寻找向心力的物体。



三、向心力的应用

做圆周运动的物体所需向心力由运动情况决定，如运动半径、线速度、角速度、周期等描述圆周运动的这些物理量，都能影响向心力的大小。而提供的向心力由物体受力情况决定，当提供的大于需要的向心力时，物体将做向心运动；若提供的向心力小于需要的，物体将做离心运动。只有当需要的与提供的相等时，即达到供需平衡，物体才做圆周运动。向心力在圆周运动中的应用，实质上是牛顿第二定律在圆周运动中的应用，通常也是两种类型，一是已知受力情况求运动




情况，二是已知运动情况求受力情况，解答这两种题型的关键就是分析寻找向心力，因此我们对向心力的概念和来源清楚后，就为我们学习、应用圆周运动打下了坚实的基础。

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