6.2 向心力-2022-2023学年高一物理下学期同步学案+典例+练习（人教版2019必修第二册）

6.2 向心力 基础知识梳理 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 ，这个指向圆心的力叫作 . 2.方向：始终沿着 指向 . 3.作用：只改变速度的 ，不改变速度的 . 4.向心力是根据力的作用效果命名的，它由某个力或者几个力的合力提供. 5.表达式： (1)Fn＝ (2)Fn＝ . 二、变速圆周运动和一般的曲线运动 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 的分力Ft：改变线速度的 . (2)指向圆心的分力Fn：改变线速度的 . 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，每一小段可以看作 运动的一部分，分析质点经过曲线上某位置的 时，可以采用圆周运动的分析方法来处理. 典型例题分析 考点一：用控制变量法验证向心力公式 【例1】 利用如图所示的装置可以探究影响向心力大小的因素。将小球放置在横臂的挡板处，转动手柄使长槽和短槽分别随变速塔轮匀速转动，两小球随之做匀速圆周运动。横臂的挡板对小球的压力提供了小球做匀速圆周运动的向心力，小球对挡板的反作用力通过横臂的杠杆作用使弹簧测力筒下降，从而露出标尺，可显示两小球所受向心力的大小情况。通过本实验可以得到的正确结论是（　　） A．在质量和半径一定的情况下，向心力的大小与线速度的大小成正比 B．在质量和半径一定的情况下，向心力的大小与角速度的平方成正比 C．在半径和角速度一定的情况下，向心力的大小与质量成反比 D．在质量和角速度一定的情况下，向心力的大小与半径成反比 【变式练习】 1．如图所示，图甲为“向心力演示器验证向心力公式”的实验示意图，图乙为俯视图。图中A、B槽分别与a、b轮同轴固定，且a、b轮半径相同.让a、b轮在皮带传动下匀速转动，可以探究向心力大小与哪些因素有关。本实验采用的科学方法是（　　） A．放大法 B．微元法 C．控制变量法 D．理想模型法 2．用如图所示的向心力演示器“探究向心力大小的表达式”实验中，用到的科学方法是（　　） A．微元法 B．理想实验法 C．等效替代法 D．控制变量法 考点二：向心力的有关计算 【例2】如图所示，摩天轮悬挂的座舱在竖直平面内做匀速圆周运动，这个过程简化为下图的情景，水平板上放一个物体，使水平板和物体一起在竖直平面内做匀速圆周运动，为水平直径，为竖直直径，在运动过程中木板始终保持水平，物块相对木板始终静止，下列说法正确的是（　　） A．在最低点时，物块所受支持力等于物块的重力 B．物块所受合外力不变 C．除c、d两点外，物块都要受摩擦力 D．c、d两点，物块所受支持力相同 【变式练习】 1．如图所示，在匀速转动的圆筒内壁上，有一物体随圆筒一起转动而未滑动。若圆筒和物体以更大的角速度做匀速转动，下列说法正确的是（　　） A．物体所受弹力增大，摩擦力也增大 B．物体所受弹力增大，摩擦力减小 C．物体所受弹力减小，摩擦力也减小 D．物体所受弹力增大，摩擦力不变 2．下课后，小丽在运动场上荡秋千，如右图所示。已知每根系秋千的绳子长为4m，小丽的质量为40kg，当秋干板摆到最低点时，速度为3m/s。问此时每根绳子的拉力是多少？（g =10m/s2，小丽看成质点处理，秋千绳、底座等不计质量）（　　） A．490N B．245N C．400N D．310N 方法探究 一、实验：探究向心力的大小与半径、角速度、质量的关系 探究方案一　用绳和沙袋定性研究 1.实验原理 如图(a)所示，绳子的一端拴一个小沙袋(或其他小物体)，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绳对沙袋的拉力. 2.实验步骤 在离小沙袋重心40 cm的地方打一个绳结A，在离小沙袋重心80 cm的地方打另一个绳结B.同学甲看手表计时，同学乙按下列步骤操作： 操作一　手握绳结A，如图(b)所示，使沙袋在水平面内做匀速圆周运动，每秒转动1周.体会此时绳子拉力的大小. 操作二　手仍然握绳结A，但使沙袋在水平面内每秒转动2周，体会此时绳子拉力的大小. 操作三　改为手握绳结B，使沙袋在水平面内每秒转动1周，体会此时绳子拉力的大小. 操作四　手握绳结A，换用质量较大的沙袋，使沙袋在水平面内每秒转动1周，体会此时绳子拉力的大小. (1)通过操作一和二，比较在半径、质量相同的情况下，向心力大小与角速度的关系. (2)通