第6章 第2节 向心力（教师用书Word）-【状元桥·优质课堂】2023-2024学年新教材高中物理必修第二册（人教版2019）

第2节　向心力 [学习目标] 1.理解向心力是一种效果力，方向总是指向圆心(物理观念).2.通过实验探究，了解向心力的大小与半径、角速度、质量之间的关系(科学探究).3.理解向心力的表达式，并能用来进行计算(科学思维).4.知道在变速圆周运动中向心力为合力沿半径方向的分力(科学思维)． 知识点一　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，这个指向圆心的力叫作向心力． 2．作用：改变速度的方向. 3．方向：始终沿着半径指向圆心. 4．向心力是根据力的作用效果命名的，它是由某个力或者几个力的合力提供的． 知识点二　探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系 探究方案一　感受向心力 1．实验原理 如图所示，在绳子的一端拴一个小沙袋(或其他小物体)，另一端握在手中，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手通过绳对沙袋的拉力. 2．实验步骤 (1)在小沙袋的质量和角速度不变的条件下，改变小沙袋做圆周运动的半径进行实验，探究向心力与半径的关系． (2)在小沙袋的质量和做圆周运动的半径不变的条件下，改变小沙袋的角速度进行实验，探究向心力与角速度的关系． (3)换用不同质量的小沙袋，在角速度和半径不变的条件下，重复上述操作，探究向心力与质量的关系． 3．实验结论：半径越大，角速度越大，质量越大，向心力越大． 探究方案二　用向心力演示器定量探究 1．实验原理 向心力演示器如图所示，匀速转动手柄1，可以使变速塔轮2和3以及长槽4和短槽5随之匀速转动．皮带分别套在塔轮2和3上的不同圆盘上，可使两个槽内的小球分别以几种不同的角速度做匀速圆周运动．小球做匀速圆周运动的向心力由横臂6的挡板对小球的压力提供，球对挡板的反作用力，通过横臂的杠杆作用使弹簧测力套筒7下降，从而露出标尺8，根据标尺8上露出的红白相间等分标记，可以粗略计算出两个球所受向心力的比值． 2．实验步骤 (1)皮带套在塔轮2、3半径相同的圆盘上，小球转动半径和转动角速度相同时，探究向心力与小球质量的关系． (2)皮带套在塔轮2、3半径相同的圆盘上，小球转动角速度和质量相同时，探究向心力与转动半径的关系． (3)皮带套在塔轮2、3半径不同的圆盘上，小球质量和转动半径相同时，探究向心力与角速度的关系． 3．实验结论：在半径和角速度一定的情况下，向心力大小与质量成正比. 在质量和角速度一定的情况下，向心力大小与半径成正比. 在质量和半径一定的情况下，向心力大小与角速度的平方成正比． 知识点三　向心力的大小 向心力的公式Fn＝mω2r或Fn＝m. 知识点四　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 做变速圆周运动的物体所受的合力并不严格指向运动轨迹的圆心． (1)与圆周相切的分力Ft，Ft与速度方向相同或相反，只改变速度的大小. (2)指向圆心的分力Fn，Fn与速度方向垂直，只改变速度的方向. 2．一般曲线运动的处理方法 (1)定义：运动轨迹既不是直线也不是圆周的曲线运动． (2)处理方法：一般的曲线运动，可以把曲线分割成许多很短的小段，每一小段可看作一小段圆弧，研究质点在这一小段的运动时，可以采用圆周运动的分析方法进行处理，如图所示． 1．判断下列说法的正误． (1)向心力和重力、弹力一样，都是根据性质命名的．(×) (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)变速圆周运动的向心力并不指向圆心．(×) (4)变速圆周运动的向心力大小可能改变．(√) 2．一辆质量为1 000 kg的汽车，为测试其性能，在水平地面上沿半径r＝50 m的圆，以10 m/s的速度做匀速圆周运动，汽车没有发生侧滑，摩擦力对汽车提供向心力，此力大小为2_000N. 考点一　向心力的理解 【情境导学】 如图所示，为花样滑冰双人滑在比赛中的情景．男运动员拉着女运动员的手使其在冰面上做匀速圆周运动，女运动员的速度方向时刻改变，什么力改变了其速度的方向？ 答案　男运动员对女运动员的拉力在水平方向上的分力，也可以说是女运动员受到的合力． 【知识拓展】 1．向心力的作用效果是改变速度方向，不改变速度大小． 2．向心力不是作为具有某种性质的力来命名的，而是根据力的作用效果命名的，它可以由某个力或几个力的合力提供． 3．向心力的方向指向圆心，与线速度方向垂直，方向时刻在改变，故向心力为变力． 4．当物体受到的合外力大小不变，方向始终与线速度方向垂直且指向圆心时，物体做匀速圆周运动． 【例题1】 如图所示，在竖直平面内有一粗糙的半圆形槽，一个小球从槽上的A点由静止释放，在运动到最低点B的过程中，下列说法错误的是(　　) A．小球受到重力、支持力、摩擦力三个力的作用 B．小球经过AB的中点C点时所需向心力由重力、弹力、摩擦力的合力提供 C．