第3章 第2节 第1课时 向心力与向心加速度（Word教参）-【新课程学案】新教材2023-2024学年高中物理必修第二册（鲁科版2019）

第2节　科学探究：向心力 课标要求 层级达标 1.能用牛顿第二定律分析匀速圆周运动的向心力。 2.知道匀速圆周运动向心加速度的大小和方向。 学考层级 1.了解向心力的概念，能对简单的实际问题进行解释。 2.了解向心加速度的大小和方向，能对简单的实际问题进行计算。 3.在向心力的基础上形成对向心加速度的解释，并接受实践的检验。 选考层级 能将实际情境中的物体运动转化为圆周运动模型，用向心力和向心加速度进行分析和推理并得出结论。 第1课时向心力与向心加速度 (赋能课—精细培优科学思维) 一、向心力 1．定义：做匀速圆周运动的物体一定受到指向圆心的合外力的作用，这个力称为向心力。 2．方向：始终指向圆心，总是与速度方向垂直，时刻变化。 3．大小：F＝m或F＝mrω2。 4．作用效果：只改变速度方向，不改变速度大小，因此不做功。 5．来源：向心力是根据力的作用效果命名的，向心力是由某个力或者某几个力的合力提供。 　　 向心力是效果力，不是性质力，它是根据力的效果命名的。分析物体受力时，不分析向心力。 二、向心加速度 1．定义：做圆周运动的物体由向心力产生的加速度。 2．方向：始终指向圆心，时刻与速度方向垂直，方向时刻改变。 3．大小：a＝＝rω2。 4．意义：描述速度方向改变快慢的物理量。向心加速度越大，表示速度方向改变得越快。 　　 物体做匀速圆周运动时，其加速度方向指向圆心，速度变化量的方向也指向圆心。 [微情境·大道理] 1.用细绳拉着小球在光滑水平面内做匀速圆周运动，在这个过程中，小球受力情况如何？若绳上的力突然消失，会出现什么现象？ 提示：小球在光滑水平面上受重力、支持力、绳子的拉力；拉力提供向心力。若拉力突然消失，小球将沿切线飞出，做匀速直线运动。 2．如图所示，一辆汽车以恒定速率驶入环岛，请对以下结论作出判断： (1)汽车在各点的向心加速度是相同的。(×) (2)汽车在运动时的加速度指向环岛的圆心。(√) (3)汽车以恒定速率在环岛内运动四分之一圆弧时，其速度变化量与初速度的夹角为135°。(√) (4)汽车在相等时间内速度变化量相同。(×) 强化点(一)　向心力 任务驱动　 如图所示，在双人滑冰比赛中，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？ 提示：女运动员受到重力、男运动员的拉力和冰面的支持力三个力的作用。拉力在水平方向的分力提供了女运动员匀速圆周运动的向心力。正是这个向心力，改变了速度的方向。 [要点释解明] 1．向心力的方向 做匀速圆周运动的物体受到的向心力方向时刻在变化，始终指向圆心，与线速度的方向垂直。 2．向心力的大小 向心力公式有F＝m＝mω2r＝mωv。对于匀速圆周运动，向心力大小始终不变，但对于非匀速圆周运动(如用一根绳拴住小球绕固定圆心在竖直平面内做的圆周运动)，其向心力大小随速率v的变化而变化，公式表述的只是瞬时值。 3．向心力的作用效果 由于向心力的方向与物体运动方向始终垂直，故向心力不改变线速度的大小，只改变线速度的方向。 4．向心力的来源实例分析 实例分析 图例 向心力来源 在匀速转动的圆筒内壁上，有一物体随圆筒一起转动而未发生滑动 弹力提供向心力 用细绳拴住小球在光滑的水平面内做匀速圆周运动 绳的拉力(弹力)提供向心力 物体随转盘做匀速圆周运动，且物体相对于转盘静止 静摩擦力提供向心力 用细绳拴住小球在竖直平面内做圆周运动，当小球经过最低点时 拉力和重力的合力提供向心力 小球在细绳作用下，在水平面内做匀速圆周运动时 绳的拉力的水平分力(或拉力与重力的合力)提供向心力 [题点全练清] 1．(多选)下列关于向心力的说法中正确的是(　 ) A．物体由于做圆周运动而产生了一个向心力 B．向心力不改变圆周运动中物体线速度的大小 C．做匀速圆周运动的物体，其向心力即为其所受的合外力 D．做圆周运动的物体所受各力的合力一定充当向心力 解析：选BC　因为有了向心力，物体才做圆周运动，向心力是由外界提供的，不是物体本身产生的，故A错误；向心力总是与速度方向垂直，不能改变物体速度的大小，但改变速度的方向，故B正确；做匀速圆周运动的物体，其向心力是以力的作用效果命名的，是由物体所受合外力提供的，故C正确；在变速圆周运动中，其向心力是由合外力指向圆心的分力提供的，故D错误。 2.(2023·广东1月学考)如图所示，静止在圆盘上的小物块随圆盘在水平面内一起做匀速转动。则物块所受摩擦力(　 ) A．大小与转速无关 B．大小与其距转轴的距离无关 C．大小等于物块所需的向心力 D．方向沿圆盘半径向外 解析：选C　物块所受的摩擦力提供小物块做圆周运动的向心力，方向指向圆心，根据向心力公式F