6.2向心力-【堂堂清】2022-2023学年高一物理同步易混易错（人教版2019必修第二册）

第六章 圆周运动 第二节 向心力 [核心素养·明目标] 核心素养 学习目标 物理观念 (1)知道向心力是根据力的效果命名的，会分析向心力的来源。 (2)感受影响向心力大小的因素，通过实验探究它们之间的关系。 (3)掌握向心力的表达式，能够计算简单情境中的向心力。 (4)知道变速圆周运动和一般曲线运动的分析方法。 科学思维 利用牛顿第二定律得出匀速圆周运动物体受力的方向，学会分析向心力的来源。 科学探究 理解控制变量法探究决定向心力大小的因素。 科学态度与责任 通过圆周运动实例激发学生学习兴趣，感受成功的快乐。 知识点一　向心力理解 1.定义 做圆周运动的物体一定受到指向圆心的力的作用，这个力称为向心力。 2.方向 始终指向圆心，总是与运动方向垂直。 3.作用效果 向心力只改变速度方向，不改变速度大小。 4.来源 向心力可能是弹力、重力、摩擦力，也可能是某几个力的合力或某一个力的分力。 5.向心力的性质 向心力是效果力，不是具体某个性质的力，在受力分析时，不能多出一个向心力。 6.向心力的来源 (1)若物体做匀速圆周运动，其向心力由合力提供，它始终沿着半径方向指向圆心，并且大小恒定。 (2)若物体做非匀速圆周运动，其所受合力不指向圆心，此时向心力由物体所受的合力在半径方向上的分力提供，而合力在切线方向的分力改变线速度的大小。 知识点二　探究影响向心力大小的因素 1.实验目的：探究向心力大小F与质量m、角速度ω和半径r之间的关系。 2.实验器材：向心力演示器、小球等。 3.实验原理与设计 如图所示，匀速转动手柄，可使塔轮、长槽和短槽匀速转动，槽内的小球也就随之做匀速圆周运动。挡板对小球的作用力提供了小球做匀速圆周运动的向心力。同时，小球挤压挡板的力使挡板另一端压缩测力套筒的弹簧，压缩量可从标尺上读出，该读数即显示了向心力的大小。 向心力演示器 4.实验步骤 (1)把两个质量不同的小球分别放在长槽和短槽上，调整塔轮上的皮带和小球位置，使两球的转动半径和角速度都相同。转动手柄，观察向心力的大小与质量的关系。记录实验数据。 (2)换两个质量相同的小球，使两球的角速度相同。再增大长槽上小球的转动半径，使两球的转动半径不同。转动手柄，观察向心力的大小与半径的关系。记录实验数据。 (3)换两个质量相同的小球，调整小球的位置，使两球的转动半径相同，调整塔轮上的皮带，使两球转动的角速度不同，转动手柄，观察向心力的大小与角速度的关系。记录实验数据。 5.实验结论 通过分析实验数据可得： (1)在转动半径和角速度一定情况下，向心力大小与质量成正比。 (2)在质量和角速度一定的情况下，向心力大小与转动半径成正比。 (3)在质量和转动半径一定的情况下，向心力大小与角速度的平方成正比。 知识点三　向心力 1.向心力的大小：F＝mrω2＝m＝mr ①由公式可知向心力的大小与物体的质量m，圆周半径r，线速度v(或角速度ω或周期T)都有关系。 ②向心力公式是从匀速圆周运动中得出的，但也适用于一般的圆周运动，只是在运用公式求解一般的圆周运动某点的向心力时，必须是该点对应的瞬时速度和对应时刻的半径。 2.向心力的来源实例分析 实例分析 图例 向心力来源 在匀速转动的圆筒内壁上，有一物体随圆筒一起转动而未发生滑动 弹力提供向心力 用细绳拴住小球在光滑的水平面内做匀速圆周运动 绳的拉力(弹力)提供向心力 物体随转盘做匀速圆周运动，且物体相对于转盘静止 静摩擦力提供向心力 用细绳拴住小球在竖直平面内做圆周运动，当小球经过最低点时 拉力和重力的合力提供向心力 小球在细绳作用下，在水平面内做匀速圆周运动时 绳的拉力的水平分力(或拉力与重力的合力)提供向心力 总结：向心力的来源来源。 (1)向心力不是像重力、弹力、摩擦力那样作为某种性质的力来命名的．它是根据力的作用效果来命名的。 (2)凡是产生向心加速度的力，不管属于哪种力，都是向心力．匀速圆周运动的向心力一定是其合力。 (3)解题的关键是分析向心力的来源。 知识点四 变速圆周运动和一般曲线运动 1．变速圆周运动 变速圆周运动所受合外力一般不等于向心力，合外力一般产生两个方面的效果。 (1)合外力F跟圆周相切的分力Fτ，此分力产生切向加速度aτ，改变圆周运动速度的大小。 (2)合外力F指向圆心的分力Fn，此分力产生向心加速度an，向心加速度只改变速度的方向。 2．一般曲线运动的处理方法 一般曲线运动，可以把曲线分割成许多极短的小段，每一小段可看做一小段圆弧．圆弧弯曲程度不同，表明它们具有不同的半径．这样，质点沿一般曲线运动时，可以采用圆周运动的分析方法进行处理。 3．匀速圆周运动与变速圆周运动的比较： 匀速圆周运动 变速圆周运动