第六章 第2节 向心力（Word教参）-【优化指导】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 物理观念 科学探究 科学态度与责任 1．知道向心力是根据力的效果命名的，会分析向心力的来源。 2．掌握向心力的表达式，能够计算简单情境中的向心力。 3．知道变速圆周运动和一般曲线运动的分析方法。 　　感受影响向心力大小的因素，通过实验，探究并了解匀速圆周运动向心力大小与半径、角速度、质量的关系。 　　通过生产和生活中圆周运动的实例，具备将向心力知识应用于生产和生活的意识。 [对应学生用书P38] 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．方向：向心力的方向始终指向圆心，其方向时刻改变，因此向心力是变力。 3．效果力：它是由某个力或者几个力的合力提供的，是根据力的作用效果命名的。 注意：受力分析时不分析向心力。 4．作用：做匀速圆周运动的物体，物体的速度大小不发生改变，因此，所受合力只改变速度的方向。 二、向心力的大小 　　 ↑ 1．定性研究：我们先通过实验感受向心力大小与圆周运动的一些运动学量之间的定性关系，再通过实验，进一步探究向心力的大小与这些量的定量关系。 ↓ 　　 　　　　 结论：做圆周运动的物体所受向心力的大小与物体的质量、速度、轨道半径等因素有关系。 2．定量研究：探究向心力大小的表达式 (1)实验原理：控制变量法。使小球做匀速圆周运动的向心力由横臂的挡板对小球的压力提供。根据标尺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)实验思路： ①控制小球质量和半径不变，探究向心加速度与角速度的关系。 ②控制小球质量和角速度不变，探究向心加速度与半径的关系。 ③控制小球半径和角速度不变，探究向心加速度与质量的关系。 (3)向心力表达式：Fn＝＝mω2r。 三、变速圆周运动和一般的曲线运动的受力特点 1．变速圆周运动所受合外力一般不指向运动轨迹圆心，根据F产生的效果，可以把F分解为两个相互垂直的分力。 (1)跟圆周相切的分力Ft，Ft与物体运动方向相同，改变线速度的大小。 ↓ 　　 (2)指向圆心的分力Fn，提供物体做圆周运动所需的向心力，改变线速度的方向。 2．一般的曲线运动的处理方法：一般的曲线运动中，可以把这条曲线分割为许多很短的小段，质点在每小段的运动可以看作圆周运动的一部分。在分析质点经过曲线上某位置的运动时，可以采用圆周运动的分析方法进行处理。 1．(物理与体育)如图所示，在某次场地赛中，比赛中的赛车正在转弯，假设转弯处的赛道是外高内低，且赛车匀速转弯并不打滑，判断下列说法的正误。(对的画“√”，错的画“×”) (1)赛车做匀速圆周运动的向心力是恒力。(　　×　　) (2)提供赛车的向心力可以是赛车受到的摩擦力，也可以是赛车受到的重力、弹力和摩擦力的合力。(　　√　　) (3)向心力是根据性质命名的力。(　　×　　) (4)实际比赛中，赛车往往做变速圆周运动，其向心力并不指向圆心。(　　×　　) (5)实际比赛中，赛车所受摩擦力的大小和方向可能都在变化。(　　√　　) 2．(教材拓展P29)“图6.2－4”。 (1)该演示器是利用什么方法探究向心力与质量、角速度和半径的关系？ (2)该演示器能否精确地得出向心力与质量、角速度和半径的关系？ 提示：(1)控制变量法。 (2)不能，只能粗略地算出两球向心力的比值。 [对应学生用书P39] 探究点一 向心力 花样滑冰是冰上运动项目之一，比赛中有一个规定动作，即要求男女选手拉着手绕定点完成圆周运动，如图所示。 [问题设计] 女运动员受哪几个力？谁提供她做圆周运动的向心力？ 提示：受四个力：重力、支持力、拉力、摩擦力；四个力的合力提供向心力。 1．作用效果：向心力只改变速度的方向，不改变速度的大小。 2．来源：向心力可以由某个力或者几个力的合力提供，也可由某个力的分力提供。向心力是根据力的作用效果命名的。 常见的实例如下： 实例 示意图 向心力来源 用细线拴住的小球在竖直面内转动至最高点时 绳子的拉力和重力的合力提供向心力 F向＝F＋G 用细线拴住小球在光滑水平面内做匀速圆周运动 线的拉力提供向心力 F向＝FT 物体随转盘做匀速圆周运动，且相对转盘静止 转盘对物体的静摩擦力提供向心力 F向＝Ff 小球在细线作用下，在水平面内做圆周运动 重力和细线的拉力的合力提供向心力 F向＝F合 【例1】 如图所示，一个圆盘可绕一个通过圆心且垂直于盘面的竖直轴转动，在圆盘上放一块橡皮，橡皮块随圆盘一起转动(俯视为逆时针)。某段时间内圆盘转速不断增大，但橡皮块仍相对圆盘静止，在这段时间内，关于橡皮块所受摩擦力Ff