6.2 向心力 （知识回顾+课堂练习+板书知识点 ）—2020-2021学年【新教材】人教版（2019）高中物理必修第二册讲义

向心力 知识回顾 牛顿第二定律： F合=ma 力的合成与分解遵循 平行四边形 定则或 三角形 法则 匀速圆周运动中线速度与角速度关系 v=ωr ，线速度与周期关系 v=2πr/T ；角速度与周期关系 ω=2π/T ；周期与转速的关系系 T=1/n ，线速度与转速关系 v=2πrn ；角速度与转速关系 ω=2πn 。 新课预习 向心力 思考与讨论 请你做一做，细线一端拴住一小球，另一端用手拿着，让小球在光滑面上做圆周运动，某时刻松手，观察小球的运动，能否继续做圆周运动？ 不能 ，若不能，小球将沿什么方向运动？ 切线方向 。 如图所示，若将小球运动视为匀速圆周运动，且桌面光滑，那么小球受几个力的作用？ 3个 ，分别是什么力？ 重力、支持力、绳的拉力 ，你认为合力应该是什么？ 绳的拉力 ，合力的方向有什么特点？ 总是指向圆心 ，它的作用是什么？ 改变线速度的方向 大量实例都表明：做匀速圆周运动的物体所受的合力总 是指向圆心 。这个指向 圆心 的力叫做 向心力 。对于做匀速圆周运动的物体，它的线速度大小 不变 ，方向时刻 变化 ，因此，物体所受合力只改变线速度的 方向 ，即向心力的作用是 只改变线速度的方向 。 请分析下面情景，是说一下，物块受到哪几个力的作用 3个 ；在图中画出各力。如图示位置静摩擦力方向哪？ 指向圆心 ，物块在不同位置摩擦力方向相同吗？ 不相同。静摩擦力的作用是什么？改变线速度的方向 ；该物块的向心力由谁提供（或说充当）？ 静摩擦力 。 请在图中标出小球做匀速圆周运动的圆心；画出小球的受力分析图；是说明一下小球的向心力有谁提供？ 重力与绳拉力的合力或绳水平 方向的分力 。 总结：向心力是由某个 力或几个力的 合力 提供，也可以是某个力的 分力 充当。因此向心力 不是 （填是或不是）物体实际受到的力，它是根据力的 作用效果 命名的。由以上实例可知向心力是 变 （填变或恒）力，方向时刻在 变化。 向心力的大小 请你利用身边物体感受一下向心力与哪些圆周运动学量有关？（友情提示：可以手拿一根细绳，另一端拴上沙袋，尽量让其在水平面内做圆周运动，可以改变绳长，可以改变沙袋质量，还可以改变转动的快慢） 请分析下面的物体运动，回答问题： 向心力由谁提供？ 静摩擦力 若保持物块质量、角速度不变，那么离圆心越 远，越容易滑动； 若保持质量及离轴的距离不变，转动的越 快 ，越容易滑动。 通过感受及分析你觉得向心力与 质量 、 半径 、转动的快慢。 实验 若要通过实验得到向心力与各量间的定量关系，需采用实验的方法是 控制变量 ； 阅读教材中关于实验仪器的介绍，回答下列问题： 小球做匀速圆周运动的向心力由 横臂 的 挡板 对小球的压力提供。球对挡板的 反作用力 通过横臂的 杠杆 作用使 弹簧册立套筒 下降，从而漏出 标尺。 怎样控制两小球的角速度相等呢？要想保证线速度相等又该怎么控制呢？ 实验得到的数据怎么处理更直观，更容易得到结论呢？ 图像 结论：1、当质量、角速度一定时，向心力与半径成 正比 ，当半径、质量一定时，向心力力与 角速度 成正比；当角速度与半径一定时，向心力与质量成 正比 。 向心力的数学表达式：F= mω2r ；由v=ωr，得F= mv2/r ；由T=2 π/ω得F= 4π2r/T2 。 三、变速圆周运动和一般曲线运动的受力特点 当小球加速做圆周运动时，观察你手中的绳方向，是否指向圆心？ 不是 。请你根据力与运动关系分析下面圆周运动正在加速还是减速？ 甲加速，乙减速 运动轨迹既不是直线也不是圆周的曲线运动，可以称为 一般性曲线运动 。尽管这时曲线 各个位置的弯曲程度 不同 ，但在研究时，可以把这条曲线 分割为许多很短的 小段，质点在每小段的运动都可以看做 圆周运动 的一部分。 课堂练习： 1、如图所示，细绳的一端固定于O点，另一端系一小球，在O点的正下方钉一个钉子A，小球从一高度摆下，经验告诉我们，当细绳与钉子相碰时，钉子的位置越靠近小球，绳就越容易断。请解释这一现象。（提示：线速度不具有突变性） 碰撞瞬间前后线速度大小不变，半径变小，所以拉力变大 如图所示：一个圆盘在水平面内匀速转动，角速度是4rad/s。盘面上距圆盘中心0.10m的位置有一个质量为0.10kg的小物体在随圆盘一起匀速圆周运动。 求小物体所受向心力的大小。0.16N 关于小物体所受的向心力，甲、乙两人有不同意见：甲认为该向心力等于圆盘对小物体的静摩擦力，指向圆心；乙认为小物体有向前运动的趋势，静摩擦力方向和相对运动趋势方向相反，即向后，而不是和运动方向垂直，因此向心力不可能由静摩擦力提供。你的意见是什么？说明理由。甲的意见正确， 四、板书