6.2.1 向心力 教学设计 -2023-2024学年高一下学期物理人教版（2019）必修第二册

人教版 物理必修第二册 第6章 第2节 教学设计 第6章　圆周运动 第2节 向心力（第1课时） 目录 一、学习任务 二、新知探究 （一）梳理要点 （二）启发思考 （三）深化提升 三、课堂小结 2 / 2 学科网（北京）股份有限公司 第6章　圆周运动 第2节 向心力（第1课时） 一、学习任务 1．理解向心力的概念及其表达式的确切含义。 2．知道向心力的大小与哪些因素有关，并能用来进行计算。 3．知道在变速圆周运动中，可利用公式求质点在某一点的向心力。 二、新知探究 知识点一：向心力 （一）梳理要点 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：向心力的方向始终沿半径指向圆心。 3．公式：Fn＝mω2r或者Fn＝m。 4．效果力：向心力是根据力的作用效果来命名的，凡是由某个力或者几个力的合力提供物体做匀速圆周运动的力，不管属于哪种性质，都是向心力。 （二）启发思考 荡秋千是小朋友很喜欢的游戏，分析秋千由上向下荡下时的过程(不考虑空气阻力)。 (1)此时小朋友和秋千板做的是匀速圆周运动还是变速圆周运动？ (2)小朋友与秋千板整体受哪几个力的作用？ (3)绳子拉力与重力的合力指向悬挂点吗？ 提示：(1)秋千荡下时，速度越来越大，做的是变速圆周运动。 (2)受重力和绳子的拉力。 (3)由于秋千做变速圆周运动，合外力既有指向圆心的分力，又有沿切向的分力，所以合力不指向悬挂点。 （三）深化提升 1．向心力的大小及来源 (1)向心力大小：公式Fn＝m＝mω2r＝mωv。 (2)向心力的来源：向心力是从力的作用效果命名的，它不是物体受到的力，可以由重力、弹力等各种性质的力，或者是几个力的合力、某个力的分力提供。 2．常见的几个实例分析 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 3. 匀速圆周运动中力学问题的解题步骤 (1)明确研究对象，确定物体在哪个平面内做匀速圆周运动，明确圆心和半径r。 (2)对研究对象进行受力分析，明确向心力是由什么力提供的。 (3)确定v、ω、T、n等物理量中哪些是已知的，选择合适的公式列式求解。 (4)根据F合＝F向列方程，求解。 知识点二：变速圆周运动和一般曲线运动的受力特点 （一）梳理要点 1．变速圆周运动的合力 变速圆周运动所受合外力并不严格指向运动轨迹的圆心。合外力一般产生两个方面的效果： (1)跟圆周相切的分力Ft，此分力与物体运动的速度在一条直线上，改变物体速度的大小。 (2)指向圆心的分力Fn，此分力提供物体做圆周运动所需的向心力，改变物体速度的方向。 2．一般的曲线运动 (1)定义：运动轨迹既不是直线也不是圆周的曲线运动，称为一般的曲线运动，如图所示。 (2)处理方法：将曲线分割为许多很短的小段，这样，质点在每一小段的运动都可以看作圆周运动的一部分。 （二）启发思考 如图所示，链球运动员投掷时可以通过抡绳子来调节链球速度的大小。 (1)抡绳子来调节链球速度的过程中，链球受几个力的作用？ (2)抡绳子来调节链球速度的过程中，绳子能拉成水平状态吗？ (3)向心力可以改变速度的大小吗？是什么原因调整的速度呢？ 提示：(1)链球受重力和绳子拉力作用。 (2)因为受重力作用，绳子不可能拉成水平状态。 (3)不能。物体做变速圆周运动，物体所受的合力不指向圆心时，切向力Ft(垂直半径方向的分力)，改变速度的大小；向心力Fn(沿着半径或指向圆心的分力)，改变速度的方向(如图所示)。 （三）深化提升 1．变速圆周运动 (1)受力特点：变速圆周运动中合力不指向圆心，合力F产生改变线速度大小和方向的两个作用效果。 (2)某一点的向心力仍可用公式Fn＝m＝mω2r求解。 2．一般的曲线运动 曲线轨迹上每一小段看成圆周运动的一部分，在分析其速度大小与合力关系时，可采用圆周运动的分析方法来处理。 (1)合力方向与速度方向夹角为锐角时，力为动力，速率越来越大。 (2)合力方向与速度方向夹角为钝角时，力为阻力，速率越来越小。 3. 变速圆周运动问题的两点注意 (1)变速圆周运动中，某一点的向心力均可用Fn＝m、Fn＝mrω2公式求解，这些公式虽然是从匀速圆周运动中得出的，但在变速圆周运动中它们仍然适用，只不过应用时要注意Fn、ω、v必须是同一时刻的瞬时值