第6章 第2节 第2课时 向心力的分析与计算（Word教参）-【新课程学案】新教材2023-2024学年高中物理必修第二册（人教版2019，山东海南专用）

第2课时向心力的分析与计算 (赋能课—精细培优科学思维) 课标要求 层级达标 能用牛顿第二定律分析匀速圆周运动的向心力。 学考层级 1.知道向心力的概念，知道向心力是根据力的效果命名的。 2.掌握向心力大小的表达式。 3.知道匀速圆周运动的向心力特点。 4.知道变速圆周运动和一般曲线运动的受力特点。 选考层级 1.会分析向心力的来源。 2.能够计算简单情境中的向心力大小。 3.能够处理匀速圆周运动的动力学问题。 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，这个指向圆心的力就叫作向心力。 2．方向：向心力总是沿半径指向圆心，由于方向时刻改变，所以向心力是变力。 3．作用效果：向心力只改变速度的方向，不改变速度的大小。 4．来源：向心力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。 　向心力是效果力，分析物体受力时，切不可在性质力以外，再添一个“向心力” 二、向心力的大小 1．定性感受向心力的大小 如图所示，在绳子的一端拴一个小沙袋，另一端握在手中。将手举过头顶，使沙袋在水平面内做圆周运动。改变沙袋的质量、转动的速度和绳的长度，感受向心力的变化。 2．定量探究向心力的大小 (1)器材：向心力演示器。 (2)探究方法：控制变量法。 (3)探究目的：探究向心力大小与物体的质量、速度和轨道半径的关系。 3．向心力大小的表达式：Fn＝mω2r或Fn＝m。 三、变速圆周运动和一般曲线运动的受力特点 1．变速圆周运动的合力：变速圆周运动的合力产生两个方向的效果，如图所示。 (1)跟圆周相切的分力Ft：改变线速度的大小。 (2)指向圆心的分力Fn：改变线速度的方向。 2．一般曲线运动的处理方法 (1)一般的曲线运动：运动轨迹既不是直线也不是圆周的曲线运动。 (2)处理方法：可以把曲线分割为许多很短的小段，质点在每小段的运动都可以看作圆周运动的一部分。这样，在分析质点经过曲线上某位置的运动时，就可以采用圆周运动的分析方法来处理了。,[微情境·大道理] 1．如图所示，一个小球在细线的牵引下，绕光滑水平桌面上的图钉做匀速圆周运动。 (1)小球做匀速圆周运动的向心力是由什么力提供？ (2)用剪刀将细线剪断，小球将沿什么方向运动？ 提示：(1)小球做匀速圆周运动的向心力是由细线拉力提供的。 (2)小球将沿圆周运动的切线方向运动。 2．如图所示，照片中的汽车在水平公路上做匀速圆周运动。已知图中双向四车道的总宽度为d，内车道边缘的最小半径为R。假设汽车受到的最大静摩擦力等于车重的k倍。 请对以下结论作出判断。 (1)汽车所受的合力大小可能为零。(×) (2)汽车所需的向心力是由地面对汽车的摩擦力提供的。(√) (3)汽车做圆周运动时，速度越大，所需向心力越大。(×) (4)汽车在此路面上做圆周运动的速度不能超过。(×) (5)汽车在此路面上做圆周运动的速度不能超过。(√) 强化点(一)　向心力的来源与分析 任务驱动　 如图所示，在匀速转动的水平圆盘上有一个相对圆盘静止的物体。 (1)物体需要的向心力由什么力提供？物体所受摩擦力沿什么方向？ (2)当转动的角速度变大后，物体仍与转盘保持相对静止，物体受的摩擦力大小怎样变化？ 提示：(1)物体随圆盘转动时受重力、弹力、静摩擦力三个力作用，其中静摩擦力指向圆心提供向心力。 (2)当物体转动的角速度变大后，由Fn＝mω2r，需要的向心力增大，静摩擦力提供向心力，所以静摩擦力也增大。 [要点释解明] 1．对向心力的理解 (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。 2．向心力的大小：Fn＝mω2r＝m＝m2r。 3．向心力的来源分析 在匀速圆周运动中，由合力提供向心力。 4．几种常见的圆周运动向心力的来源 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.(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