第二章 第二节 第1课时 向心力（教师用书）-2022-2023学年新教材高中物理必修第二册【正禾一本通】同步课堂高效讲义（粤教版2019）

第二节　向心力与向心加速度 第1课时　向心力 【核心素养目标】 物理观念 知道什么是向心力，知道向心力的来源。知道变速圆周运动和一般曲线运动的受力特点。 科学思维 掌握向心力的公式，会计算向心力的大小。会利用向心力公式计算物体的角速度、线速度。 科学态度与责任 用心体验生产生活中圆周运动的向心力。 一、感受向心力 1．向心力：物体做匀速圆周运动时所受的合外力的方向始终指向轨迹的圆心，这个指向圆心的合外力称为向心力。 2．方向：向心力是变力，其方向始终指向圆心且时刻改变，总是与线速度方向垂直。 3．作用效果：只改变物体线速度的方向，不改变线速度的大小。 4．来源分析：物体只要做圆周运动，就一定有向心力。向心力是按作用效果来命名的力，可以由不同性质的力如重力、弹力、摩擦力等提供，也可以由某个力的分力或某些力的合力提供。 二、探究影响向心力大小的因素 1．探究过程 探究1：保持两个小球质量m，转动半径r相同，探究两个小球所受向心力F与角速度ω之间的关系。 (1)用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。 (2)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。 (3)记录实验数据 实验次数 角速度之比 标尺格子数之比(向心力之比) 1 2 3 (4)实验结论是在质量和运动半径一定时，小球做匀速圆周运动所受向心力的大小与角速度的平方成正比。 探究2：保持ω和m相同，探究两小球所受向心力F与半径之间的关系。 (1)仍用两个质量相同的小球，使两球的角速度相同。 (2)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。 (3)记录实验数据 实验次数 半径之比 标尺格子数之比(向心力之比) 1 2 3 (4)实验结论是在质量和角速度一定时，小球做匀速圆周运动所受向心力的大小与运动半径成正比。 探究3：保持半径和角速度相同，探究两个小球所受向心力F与质量m之间的关系。 学生用书第34页 (1)换两个质量不同的小球，将两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。 (2)转动手柄，观察向心力的大小与质量的关系。 (3)记录实验数据 实验次数 质量之比 标尺格子数之比(向心力之比) 1 2 3 (4)实验结论是在运动半径和角速度一定时，小球做匀速圆周运动所受向心力的大小与质量成正比。 2．向心力的表达式 (1)F＝mω2r。 (2)F＝m。 1．判断正误 (1)做匀速圆周运动的物体的向心力是恒力。(×) (2)向心力可以是物体受到的某一个力，也可以是物体受到的合力。(√) (3)做匀速圆周运动的物体所受合力大小保持不变。(√) (4)物体做圆周运动的速度越大，向心力一定越大。(×) (5)圆周运动中，合外力一定指向圆心。(×) 2．链接实景 荡秋千是小朋友很喜欢的游戏，当秋千由最高点向下荡时，小朋友做的是匀速圆周运动吗？小朋友所受的合力充当向心力吗？ 提示：　不是匀速圆周运动；不是合力充当向心力，而是沿切线方向的分力充当。 知识点一　探究影响向心力大小的因素 考向1　影响向心力大小因素的定性分析 为了探究物体做匀速圆周运动时，向心力与哪些因素有关，某同学进行了如下实验：如图甲所示，绳子的一端拴一个小沙袋，绳上离小沙袋L处打一个绳结A，2L处打另一个绳结B。请一位同学帮助用秒表计时。如图乙所示，做了四次体验性操作。 操作1：手握绳结A，使沙袋在水平面内做匀速圆周运动，每秒运动1周，体验此时绳子拉力的大小。 操作2：手握绳结B，使沙袋在水平面内做匀速圆周运动，每秒运动1周，体验此时绳子拉力的大小。 操作3：手握绳结A，使沙袋在水平面内做匀速圆周运动，每秒运动2周，体验此时绳子拉力的大小。 操作4：手握绳结A，增大沙袋的质量到原来的2倍，使沙袋在水平面内做匀速圆周运动，每秒运动1周，体验此时绳子拉力的大小。 学生用书第35页 (1)操作2与操作1中，体验到绳子拉力较大的是________； (2)操作3与操作1中，体验到绳子拉力较大的是________； (3)操作4与操作1中，体验到绳子拉力较大的是________； (4)总结以上四次体验性操作，可知物体做匀速圆周运动时，向心力大小与________有关。 A．半径 B．质量 C．周期 D．线速度的方向 (5)实验中，该同学体验到的绳子的拉力是否是沙袋做圆周运动的向心力_________(选填“是”或“不是”)。 解析：　(1)根据F＝mω2r知，操作2与操作1相比，操作2的半径大，小球质量和角速度相等，知拉力较大的是操作2； (2)