第6章 第2节 向心力 （Word教参）-【新课程学案】新教材2022-2023学年高中物理必修第二册（人教版2019 江苏专版）

第2节　向心力 核心素养导学 物理观念 (1)知道向心力的概念，知道向心力是根据力的效果命名的。 (2)掌握向心力的表达式。 (3)知道匀速圆周运动的向心力特点。 (4)知道变速圆周运动和一般曲线运动的受力特点。 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 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。 一、向心力 1．定义：做匀速圆周运动的物体所受的合力总指向圆心，这个指向圆心的力就叫作向心力。 2．方向：向心力总是沿半径指向圆心，由于方向时刻改变，所以向心力是变力。 3．作用效果：向心力只改变速度的方向，不改变速度的大小。 4．来源：向心力是由某个力或者几个力的合力提供的，是根据力的作用效果命名的。 微点拨：向心力是效果力，分析物体受力时，不分析向心力。 二、向心力的大小 1．定性感受向心力的大小 如图所示，在绳子的一端拴一个小沙袋，另一端握在手中。将手举过头顶，使沙袋在水平面内做圆周运动。改变沙袋的质量、转动的速度和绳的长度，感受向心力的变化。 2．定量探究向心力的大小 (1)器材：向心力演示器。 (2)探究方法：控制变量法。 (3)探究目的：探究向心力大小与物体的质量、速度和轨道半径的关系。 3．向心力大小的表达式：Fn＝mω2r或Fn＝m。 三、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，如图所示。 (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：可以把曲线分割为许多很短的小段，质点在每小段的运动都可以看作圆周运动的一部分。这样，在分析质点经过曲线上某位置的运动时，就可以采用圆周运动的分析方法来处理了。 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的。 (2)小球将沿圆周运动的切线方向飞出。 2．如图所示，照片中的汽车在水平公路上做匀速圆周运动。已知图中双向四车道的总宽度为d，内车道边缘的最小半径为R。假设汽车受到的最大静摩擦力等于车重的k倍。 请对以下结论作出判断。 (1)汽车所受的合力大小可能为零。(×) (2)汽车所需的向心力是由地面对汽车的摩擦力提供。(√) (3)汽车做圆周运动时，速度越大，所需向心力越大。(×) (4)汽车在此路面上做圆周运动的速度不能超过。(×) (5)汽车在此路面上做圆周运动的速度不能超过。(√) 新知学习(一)|向心力的来源分析和计算 [任务驱动] 如图所示，在匀速转动的水平圆盘上有一个相对圆盘静止的物体。 (1)物体需要的向心力由什么力提供？物体所受摩擦力沿什么方向？ (2)当转动的角速度变大后，物体仍与转盘保持相对静止，物体受的摩擦力大小怎样变化？ 提示：(1)物体随圆盘转动时受重力、弹力、静摩擦力三个力作用，其中静摩擦力指向圆心提供向心力。 (2)当物体转动的角速度变大后，由Fn＝mω2r，需要的向心力增大，静摩擦力提供向心力，所以静摩擦力也增大。 　　 [重点释解] 1．向心力的大小：Fn＝mω2r＝m＝m2r。 2．向心力的来源分析 在匀速圆周运动中，由合力提供向心力。 3．几种常见的圆周运动向心力的来源 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 [针对训练] 1.(2022·江苏徐州模拟)如图所示，一圆盘可绕过圆盘的中心O且垂直于盘面的竖直轴转动，在圆盘上放一小木块A，它随圆盘一起做匀速圆周运动，则关于木块A的受力，下列说法中正确的是(　 ) A．木块A受重力、支持力和向心力 B．木块A受重力、支持力和静摩擦力，摩擦力的方向与木块运动方向相反 C．木块A受重力、支持力和静摩擦力，摩擦力的方向指向圆心 D．木块A受重力、支持力和静摩擦力，摩擦力的方向与木块运动方向相同 解析：选C　由于圆盘上的木块A在竖直方向上没有加速度，所以，它在竖直方向上受重力和支持力的作用而平衡。而木