第2章 第2节 匀速圆周运动的向心力和向心加速度（Word教参）-【新课程学案】新教材2022-2023学年高中物理必修第二册（教科版2019）

第2节　匀速圆周运动的向心力和向心加速度 核心素养导学 物理观念 (1)理解向心力和向心加速度的概念。 (2)掌握向心力和向心加速度的计算方法。 (3)准确认识向心力并能找出向心力。 科学思维 (1)会分析向心力的来源。 (2)能够计算简单情境中的向心力。 (3)能够处理匀速圆周运动的动力学问题。 科学探究 探究向心力F的大小与质量m、角速度ω和半径r之间的关系。 科学态度与责任 有主动将所学知识应用到日常生活的意识，能在合作中坚持自己的观点；能体会物理学技术应用对日常生活的影响。 一、什么是向心力 1．定义：物体做匀速圆周运动时所受合力的方向始终指向圆心，这个指向圆心的合力就叫作向心力。 2．方向：始终沿着半径指向圆心。 3．向心力来源：可以由弹力提供，也可以由其他性质的力提供；可以由一个力提供，也可以由几个力的合力提供。 向心力是效果力，它是根据力的效果命名的，分析物体受力时，不分析向心力。 二、向心力的大小 1．实验探究 (1)器材：向心力演示器。 (2)探究方法：控制变量法。 (3)探究目的：探究向心力F的大小与质量m、角速度ω和半径r之间的关系。 2．向心力大小的表达式：F＝mω2r或F＝m。 三、向心加速度 1．定义 做匀速圆周运动的物体，在向心力的作用下产生的加速度。 2．方向 与向心力的方向相同，始终沿半径指向圆心，并与线速度方向垂直。 3．大小：a＝＝ω2r。 4．作用效果：只改变线速度的方向，不改变线速度的大小。 5．物理意义：描述线速度方向改变快慢的物理量。 物体做匀速圆周运动时，其加速度方向指向圆心，速度变化量的方向也指向圆心。　　 1.如图所示，一个小球在细线的牵引下，绕光滑水平桌面上的图钉做匀速圆周运动。 (1)小球做匀速圆周运动的向心力是由什么力提供？ (2)用剪刀将细线剪断，小球将沿什么方向运动？ 提示：(1)向心力是由细线拉力提供。 (2)小球将沿圆周运动的切线方向飞出。 2．如图所示，一辆汽车以恒定速率驶入环岛，请对以下结论作出判断： (1)汽车在各点的向心加速度是相同的。(×) (2)汽车在运动时的加速度指向环岛的圆心。(√) (3)汽车以恒定速率在环岛内运动四分之一圆弧时，其速度变化量与初速度的夹角为135°。(√) (4)汽车在相等时间内速度变化量相同。(×) (5)由向心加速度a＝可知，向心加速度a与半径r成反比。(×) (6)由向心加速度a＝rω2可知，向心加速度a与半径r成正比。(×) 新知学习(一)|对向心力的理解 [任务驱动] 如图所示，在双人滑冰比赛中，男运动员拉着女运动员的手使其在冰面上做匀速圆周运动，女运动员的速度方向时刻改变，什么力改变了其速度的方向？ 提示：女运动员受到重力、男运动员的拉力和冰面的支持力，三个力的作用。拉力在水平方向的分力提供了女运动员匀速圆周运动的向心力。正是这个向心力，改变了速度的方向。　　　　 [重点释解] 1．向心力的方向 做匀速圆周运动的物体受到的向心力方向时刻在变化，始终指向圆心，与线速度的方向垂直。 2．向心力的大小 向心力公式有F＝m＝mω2r＝mωv。对于匀速圆周运动，向心力大小始终不变，但对于非匀速圆周运动(如用一根绳拴住小球绕固定圆心在竖直平面内做的圆周运动)，其向心力大小随速率v的变化而变化，公式表述的只是瞬时值。 3．向心力的来源 匀速圆周运动中，向心力等于物体的合外力，常等效为三种情况：合力充当向心力，某一个力充当向心力，某个力的分力充当向心力。 4．向心力的作用效果 由于向心力的方向与物体运动方向始终垂直，故向心力不改变线速度的大小，只改变线速度的方向。 [针对训练] 1. (多选)关于圆周运动的向心力，下列说法正确的是(　　) A．向心力是指向圆心方向的合力，是根据力的作用效果来命名的 B．向心力可以是多个力的合力，也可以是其中的一个力或某一个力的分力 C．对匀速圆周运动，向心力是一个恒力 D．向心力的效果是改变物体线速度的大小和方向 解析：选AB　物体做匀速圆周运动时的向心力是物体所受的合力，而做变速圆周运动时的向心力则不是物体所受的合力，而是指向圆心方向的合力，向心力是根据作用效果命名的，A正确；向心力是物体受到的指向圆心方向的合力，可以是多个力的合力，也可以是其中的一个力或某一个力的分力，B正确；向心力的方向总是指向圆心，故方向不断变化，即向心力是一个变力，C错误；向心力的方向总是与线速度方向垂直，不能改变线速度的大小，只能改变线速度的方向，D错误。 2.如图所示，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、向心力 D．重力、支持力、向心力、沿漏斗壁的下滑力