2020-2021学年高一下学期物理鲁科版（2019）必修第二册课件：3.2 向心力与向心加速度 第一课时

第2节　科学探究:向心力 第1课时　向心力与向心加速度 一、向心力 任务驱动　如图,小球在水平面内做匀速圆周运动时,牵绳的手会有什么感觉? 提示:绳子对手有拉力的作用,拉力的方向一直发生变化。 1.向心力的特点: (1)向心力方向:时刻发生变化,始终指向_____且与速度 方向_____。 (2)向心力的作用:只改变线速度的_____。 圆心 垂直 方向 2.向心力的来源: (1)向心力的来源:可以是_____、_____、_______等各 种性质的力,也可以是几个力的_____,还可以是某个力 的_____。 (2)具体实例 重力 弹力 摩擦力 合力 分力 如图一:地球绕太阳做圆周运动的向心力是_________________ ___。 如图二:使转台匀速转动,转台上的物体也随之做匀速圆周运 动,转台与物体间没有相对滑动,物体所受的向心力是转台对 物体的_________。 如图三:链球运动员用力抡着链球做圆周运动,金属球与水平 面并不平行,这时链球所受的向心力为___________的合力。 太阳对地球的吸引 力 静摩擦力 拉力和重力 二、探究影响向心力大小的因素 1.实验目的:探究做圆周运动的物体所需的向心力F与 物体的_____、_________和_____________之间的关系。 2.实验方法:___________。 质量 转动半径 转动角速度ω 控制变量法 3.实验结论: (1)当r、ω一定时,m越大,F_____。 (2)当m、ω一定时,r越大,F_____。 (3)当m、r一定时,ω越大,F_____。 越大 越大 越大 4.向心力的大小: F=_____=____。 mrω2 m 三、向心加速度 1.定义:做圆周运动的物体受到_______的作用,由_____ ___产生的加速度。 2.方向:始终指向_____。 3.匀速圆周运动加速度的大小_____,方向时刻_____,所 以匀速圆周运动不是匀变速运动,是_______运动。 向心力 向心 力 圆心 不变 改变 变加速 4.向心加速度公式: a=____=____。 5.适用范围:向心加速度的公式既适用于匀速圆周运动, 也适用于_______________。 ω2r 非匀速圆周运动 主题一　向心力 任务1　向心力的来源 【航天情境】 【问题探究】 (1)在情境一中,小球在竖直面内从一定的高度沿光滑轨道滑下,当它经过轨道最高点时,若轨道对其弹力恰好等于零时,向心力的来源是什么? 提示:此时小球只受重力作用,则向心力由重力来提供。 (2)在情境二中,假设你坐在一辆车上,并未靠着车厢或座椅靠背,周围也没有乘客,当车辆转弯时,你的向心力来自什么力? 提示:坐在车内的人受到重力、支持力和静摩擦力的作用,重力和支持力大小相等、方向相反,是一对平衡力,所以静摩擦力提供人在转弯时的向心力。 (3)在情境三中,摆球在水平面内做匀速圆周运动的向心力的来源是什么? 提示:摆球在转动过程中受重力和细线的拉力,对小摆球受力分析如图,重力和细线拉力的合力提供摆球做匀速圆周运动所需要的向心力。 任务2　向心力的性质 【问题探究】 1.物体只要做圆周运动,就一定有向心力,那么向心力是物体所受到的吗? 提示:向心力是按力作用效果命名的力,它不是一种特殊的力,做匀速圆周运动的物体,向心力就是物体受到的合外力。 2.非匀速圆周运动所受向心力是物体受到的合外力吗? 提示:不是,非匀速圆周运动所受合外力方向不是指向圆心,但是其所受合外力沿半径方向的分力提供向心力。 3.向心力只改变速度的方向,能改变速度的大小吗? 提示:向心力始终指向圆心,且与速度方向垂直,向心力对物体不做功,也就不能改变速度的大小。 任务3　向心力的大小 【问题探究】 1.在探究向心力与质量、角速度和半径关系的实验中得到的向心力的表达式是什么? 提示:F=mω2r 2.利用F=mω2r,结合线速度与角速度的关系式、角速 度的定义式推导向心力的其他公式? 提示:①F=mω2r=m( )2r=m ②F=mω2r=m( )2r=m r ③F=mω2r=mωωr=mvω ④F=mω2r=m(2πn)2r=m4π2n2r 【结论生成】 1.向心力的来源:(物理观念) 向心力是按力的作用效果命名的,可以是重力、弹力、摩擦力等各种力,也可以是几个力的合力或某个力的分力,因此在受力分析中要避免再另外添加一个向心力。 2.向心力的性质:(物理观念) (1)在匀速圆周运动中,物体所受的合力就是物体做圆周运动的向心力,只改变速度的方向,不改变速度的大小。 (2)在变速圆周运动中,合力一般不指向圆心,合力沿圆周切线方向的分力改变速度的大小,沿半径方向的分力改变速度的方向。 (3)无论匀速圆周运动还是非匀速圆周运动,