第3章 第2节 科学探究 向心力-【导与练】2022-2023学年新教材高中物理必修第二册同步全程学习全书word（鲁科版）

第2节　科学探究:向心力 学习目标 课标解读 1.理解向心力的概念,知道它是根据力的作用效果命名的,会分析向心力的来源。 2.探究向心力大小与哪些因素有关;掌握向心力的公式,并能用来进行计算。 3.知道向心加速度的概念,掌握其物理意义和计算公式 1.通过对向心力、向心加速度概念的提炼,向心力、向心加速度公式的理解,培养学生的物理观念和科学思维。 2.通过体验向心力的存在,探究向心力大小与哪些因素有关,培养学生的科学探究素养。 3.运用牛顿运动定律分析讨论向心力和向心加速度,培养学生的科学思维 一、向心力 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.作用效果:向心力只改变速度的方向,不改变速度的大小。 3.来源:向心力可能是弹力、重力或摩擦力,也可能是某几个力的合力。 二、探究影响向心力大小的因素 1.实验目的:探究做圆周运动的物体所需要的向心力F与其质量m、转动半径r和转动角速度ω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。 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。 (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。 (3)利用同样的方法研究向心力的大小与角速度的关系。 5.实验结论 向心力大小的公式:F=mrω2或F=m。 三、向心加速度 1.定义:由向心力产生的加速度。 2.方向:与向心力的方向一致,始终指向圆心。 3.大小:a=rω2或a=,对于做匀速圆周运动的物体,向心加速度的大小恒定不变,但方向却时刻在改变。因此,匀速圆周运动是加速度方向不断改变的变加速运动。 4.对于非匀速圆周运动,求某时刻或某位置的向心力和向心加速度的大小,必须用该质点在该时刻或该位置的瞬时速度。 1.思考判断 (1)向心力既可以改变速度的大小,也可以改变速度的方向。(　×　) (2)无论物体是否做匀速圆周运动,物体受到的指向圆心的合力一定等于向心力。(　√　) (3)做匀速圆周运动的物体受到的合力就是向心力,大小、方向都不变。(　×　) (4)做匀速圆周运动的物体受到的合力就是向心力,也可以由某种性质的一个力来提供。(　√　) (5)匀速圆周运动的加速度不变,是匀变速曲线运动。(　×　) (6)圆周运动无论是否为匀速圆周运动,向心加速度都指向圆心。(　√　) 2.思维探究 圆盘上物体随着圆盘一起匀速转动;在光滑漏斗内壁上,小球做匀速圆周运动。请思考: (1)圆盘上物体和小球在运动过程中受到哪些力的作用? 答案:圆盘上物体受重力、圆盘的支持力及静摩擦力,小球受重力和漏斗的支持力。 (2)甲同学认为由公式a=知向心加速度a与运动半径r成反比;而乙同学认为由公式a=ω2r知向心加速度a与运动半径r成正比,他们两人谁的观点正确?说一说你的观点。 答案:他们两人的观点都不正确,应该说当v一定时,a与r成反比,当ω一定时,a与r成正比。 要点一　对向心力的理解 (1)图甲中小球受几个力的作用?合力的方向如何? (2)图乙中小球在A、B、C各点时,经验告诉我们vA>vB>vC,在A、B、C三点向心力指向何方?大小关系怎样? (3)图丙中小球受几个力的作用?合力的方向如何? (4)这三个实例中,为什么物体总会沿着一个圆周运动? 答案:(1)图甲中小球受3个力的作用,即绳的拉力、水平地面的支持力和重力,合力等于绳对小球的拉力,即水平指向圆心。 (2)图乙中小球在A、B、C各点的向心力均指向圆筒截面的圆心,大小关系为FA>FB>FC。 (3)图丙中小球受重力和拉力,共受2个力的作用,合力在水平方向上且指向圆心。 (4)物体受到的力控制着物体沿着圆形轨迹运动。 1.效果力 向心力因其方向时刻指向圆心而得名,是效果力。向心力可以由重力、弹力、摩擦力等各种性质的力提供,也可以是它们的合力,还可以是某个力的分力,它不是物体又受到一个新的性质的力。 2.对向心力公式的理解 (1)做圆周运动的物体,若轨道半径保持不变,则向心力大小与v2、ω2成正比;若线速度大小保持不变,向心力大小与r成反比;若角速度保持不变,向心力大小与r成正比。 (2)当物体所受到的合力满足大小等于m或mω2r,并且方向总是垂直于线速度方向时,物体就会做匀速圆周运动,物体所需向心力由所受