6.2和6.3圆周运动第2、3节向心力和向心加速度- 【大单元教学】高一物理同步备课系列（人教版2019必修第二册）

大单元教学必修二第六章圆周运动 任务二：向心力和向心加速度 引入：运动中的自行车 活动一、向心力的来源及其命名 思考讨论： 小球受哪些力？ 拉力的方向是怎样的？ 松手后，物体还能维持圆周运动吗？ 使物体做匀速圆周运动的条件是什么？ 1、小实验：亲身感受做圆周运动的物体受到的力 O G FN F 小球受力分析： FN与G相抵消，拉力F（合力）使小球做匀速圆周运动 O F F F V V V 小球受力分析： 结论：做匀速圆运动的小球，合外力指向圆心，与速度V垂直 物体随着水平圆盘一起做匀速圆周运动 N与G相平衡，静摩擦力f使物体在水平面内做匀速圆周运动，且指向圆心 O ω N G f 圆锥摆 小球受到哪些力的作用？ （1）拉力F和重力G的合力使物体在水平面内做匀速圆周运动，且指向圆心。 合外力有何特点？ 想一想 G F F合 F2 F1 （2）拉力的分力使物体在水平面内做匀速圆周运动，且指向圆心 O F F F V V V O G F F合 r θ O 2、物体做匀速圆周运动的条件： 总结：做匀速圆周运动的物体一定受到指向圆心的合外力——向心力 O ω N G f 3、向心力： 1、做匀速圆周运动的物体受到一个指向圆心的合力的作用，我们把这个力叫做向心力； 2 、向心力的方向：与速度方向垂直，始终指向圆心（方向不断变化）； O F F F V V V O 3.作用效果:只改变V的方向,不改变V的大小 为什么？ 因为在运动方向上所受的合外力为0，这个方向上的加速度也为0，所以速度大小不变，只改变速度方向。 小结： 2、向心力是按效果来命名的力，不是一种新的力；受力分析时，不要在物体实际受力的基础上再加一个向心力！并且只能说什么力来提供了向心力。 1、向心力来源可以是一个力（重力、弹力、摩擦力），也可以是几个力的合力，还可以是某个力的分力。 3、在匀速圆周运动中，向心力由物体所受的合外力提供；在非匀速圆周运动中，向心力由物体所受沿半径方向的合外力提供。 4、向心力与圆周运动的关系是：不是因为物体做圆周运动才产生向心力，而是向心力作用迫使物体不断改变速度方向而做圆周运动。 1、【感受】影响向心力大小的因素 ⑴增大角速度ω，体验手的拉力； ⑵增大旋转半径r，体验手的拉力； ⑶增大小球质量m，体验手的拉力； 【体验】 ⑴角速度ω越大，手的拉力越大； ⑵旋转半径r越大，手的拉力越大； ⑶小球质量m越大，手的拉力越大。 活动二：向心力的大小与哪些物理量有关呢？ 2、 进一步探究向心力的大小： 1、猜想假设： 2、实验方法： F与m、r、ω有关 3、实验器材： 向心力演示仪 控制变量法 向心力演示仪 弹簧测力筒 转动手柄 长 槽 短 槽 小球 三层变速塔轮 手 推 档 板 介绍: 向心力演示器工作原理 G FN 小 球 静 止 G 匀 速 圆 周 运 动 FN F´ F 介绍: 向心力演示器工作原理 二球相同的物理量 不同的物理量 观察结果 1 r、ω m 2 m、ω r 3 m、r ω m越大，F向越大 r越大，F向越大 ω越大，F向越大 结论: 实验数据处理 【实验现象】 ⑴角速度ω相同，半径r相同，质量m越大，向心力越大； ⑵角速度ω相同，质量m相同，半径r越大，向心力越大； ⑶质量m相同，半径r相同，角速度ω越大，向心力越大； 【精确实验证明】 圆周运动所需的向心力的大小： F向 = mω2r 或 F向 说明：公式也适用于非匀速圆周运动，F与v、ω瞬时对应 想一想 F向与r究竟是成正比呢，还是成反比？ 思考题：线的一端拴一重物，手握线的另一端使重物在水平面内做匀速圆周运动，当每分钟转数相同时，线长易断还是线短易断？再问：如果线速度大小相同又如何？ 若ω一定 , 就成正比 ; 若v一定 , 就成反比 。 3、向心力的大小 公式：F向 = mω2r 或 F向 活动三、匀速圆周运动的加速度方向和大小 (1)在匀速圆周运动过程中，地球、小球的运动状态发生变化吗？若变化，变化的原因是什么？ (2)地球受到的力沿什么方向？小球受到几个力的作用，合力沿什么方向？ (3)地球和小球的加速度方向变化吗？用什么原理来解释？ 想一想 做匀速圆周运动的物体加速度指向圆心．这个加速度称为向心加速度． 1、方向指向圆心 2、意义：反映速度方向改变快慢的物理量 根据牛顿第二定量，运动物体加速度的方向跟合外力的方向相同。 an = v2 r an = ω2r 根据牛顿第二定律，结合前面学习的向心力表达式，推导向心加速度的表达式： 1. 匀速圆周运动的向心加速度： 2. 用ω 和 r 来表示向心加速度： 3. 请用 v 和ω 来表示向心加速度： 4. 请用 T