6.2向心力-【帮课堂】2022-2023学年高一物理同步精品讲义（人教2019必修第二册 ）

第六章 圆周运动 第2课 向心力 目标导航 课程标准 核心素养 1.知道什么是向心力，知道向心力的作用，知道它是根据力的作用效果命名的. 2.通过实验体会向心力的存在，会设计相关实验，探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系，体会控制变量法在研究多个物理量关系中的应用． 3.会分析向心力的来源，掌握向心力的表达式，并能用来进行计算. 4.知道变速圆周运动和一般曲线运动的受力特点． 1、物理观念：知道向心力是效果力。 2、科学思维：控制变量法研究向心力的大小与哪些因素有关；掌握向心力的表达式，并能用来进行计算。 3、科学探究：探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系。 4、科学态度与责任：分析向心力的来源，会处理一般曲线运动。 知识精讲 知识点01 向心力 1．定义：做匀速圆周运动的物体所受的合力总指向 ，这个指向 的力叫作向心力． 2．作用：改变速度的 ． 3．方向：始终沿着 指向 ． 4．向心力是根据力的 命名的，它是由 提供的． 【即学即练1】把一个小球放在玻璃漏斗中，晃动漏斗，可以使小球沿光滑的漏斗壁在某一水平面内做匀速圆周运动．此时小球所受到的力有(　　) A．重力、支持力 B．重力、支持力、向心力 C．重力、支持力、沿漏斗壁的下滑力 D．重力、支持力、向心力、沿漏斗壁的下滑力 知识点02 探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系 探究方案一　感受向心力 1．实验原理 如图1所示，在绳子的一端拴一个小沙袋(或其他小物体)，另一端握在手中．将手举过头顶，使沙袋在水平面内做匀速圆周运动，此时沙袋所受的向心力近似等于手通过绳对沙袋的 ． 图1 2．实验步骤 (1)在小物体的质量和角速度不变的条件下，改变小物体做圆周运动的半径进行实验，比较向心力与 的关系． (2)在小物体的质量和做圆周运动的半径不变的条件下，改变小物体的角速度进行实验，比较向心力与 的关系． (3)换用不同质量的小物体，在角速度和半径不变的条件下，重复上述操作，比较向心力与 的关系． 3．实验结论：半径越 ，角速度越 ，质量越 ，向心力越大． 探究方案二　用向心力演示器定量探究 1.实验原理 向心力演示器如图2所示，匀速转动手柄1，可以使变速塔轮2和3以及长槽4和短槽5随之匀速转动．皮带分别套在塔轮2和3上的不同圆盘上，可使两个槽内的小球分别以几种不同的角速度做匀速圆周运动．小球做匀速圆周运动的向心力由横臂6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测力套筒7下降，从而露出标尺8，根据标尺8上露出的红白相间等分标记，可以粗略计算出两个球所受向心力的比值． 图2 2．实验步骤 (1)皮带套在塔轮2、3半径相同的圆盘上，小球转动半径和转动角速度相同时，探究向心力与小球质量的关系． (2)皮带套在塔轮2、3半径相同的圆盘上，小球转动角速度和质量相同时，探究向心力与转动半径的关系． (3)皮带套在塔轮2、3半径不同的圆盘上，小球质量和转动半径相同时，探究向心力与角速度的关系． 3．实验结论：在半径和角速度一定的情况下，向心力大小与质量成 ． 在质量和角速度一定的情况下，向心力大小与半径成 ． 在质量和半径一定的情况下，向心力大小与 成正比. 【即学即练2】(多选)向心力演示仪可以利用控制变量法探究向心力的大小与质量、角速度和半径之间的关系．它通过皮带传动改变两轮的转速，让两轮上的实心小球(体积相同)同时做圆周运动，然后通过连动装置使安放在圆盘中心套筒中的弹簧产生形变，利用形变大小来反映向心力的大小，形变越大，露出的标尺格数越多．采用如图所示的实验装置，可以实现的实验目的和观察到的现象是(　　) A．控制角速度和半径相同，研究向心力大小与质量的关系 B．控制半径相同，研究向心力大小与角速度大小的关系 C．钢球比铝球的质量大，钢球一侧露出的标尺格数多 D．钢球比铝球的质量大，铝球一侧露出的标尺格数多 知识点03 向心力的大小 向心力的大小可以表示为Fn＝mω2r或Fn＝m. 【即学即练3】甲、乙两物体都做匀速圆周运动，其质量之比为1∶2，转动半径之比为1∶2，在相等时间内甲转过60°，乙转过45°，则它们所受外力的合力之比为(　　) A．1∶4 B．2∶3 C．4∶9 D．9∶16 知识点04 变速圆周运动和一般曲线运动的受力特点 1．变速圆周运动的合力：变速圆周运动的合力产生两个方向的效果，如图3所示． 图3 (1)跟圆周相切的分力Ft：改变线速度的大小． (2)指向圆心的分力Fn：改变线速度的方向． 2．一般的曲线运动的处理方法 (1)一般的曲线运动：运动轨迹既不是直线也不是圆周的曲线运动． (2)处理方法：可以把曲线