第二章 第二节　向心力与向心加速度-【金版新学案】2023-2024学年新教材高一物理必修第二册同步课堂高效讲义教师用书（粤教版）

第二节　向心力与向心加速度 【核心素养目标】 物理观念 知道向心力的概念和作用，知道向心力是根据力的作用效果命名的；知道向心加速度的概念，知道向心加速度和线速度、角速度的关系式。 科学思维 会分析向心力的来源，掌握向心力的表达式，并能用来进行计算；能够运用向心加速度公式求解有关问题。 科学探究 体验向心力的存在，会设计相关实验，探究向心力与物体的质量、速度和轨道半径的关系，体会控制变量法在研究多个物理量关系中的应用。 第1课时　探究影响向心力大小的因素 知识点一　向心力 如图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？ 提示：男运动员对女运动员的拉力在水平方向的分力，也可以说是女运动员受到的合力。 1．定义：做匀速圆周运动的物体所受的合外力总指向轨迹的圆心，这个指向圆心的合外力叫作向心力。 2．作用效果：改变速度的方向。 3．方向：始终沿半径指向圆心。 4．效果力：向心力是根据力的作用效果来命名的，它可以由不同性质的力如弹力、重力、摩擦力等提供，也可以由某一力的分力或某些力的合力提供。 【判断正误】 1．做匀速圆周运动的物体的向心力是恒力。(　　) 2．做匀速圆周运动的物体所受合力的大小保持不变。(　　) 答案：1.×　2.√ 对向心力的认识 1．向心力的作用效果：改变线速度的方向。由于向心 学生用书↓第32页 力始终指向圆心，其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。 2．向心力是根据力的作用效果命名的，它可以由重力、弹力、摩擦力等各种性质的力提供，也可以由它们的合力提供，还可以由某个力的分力提供。 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。 关于向心力的说法正确的是(　　 ) A．物体由于做圆周运动而产生了向心力 B．向心力不改变圆周运动中物体线速度的大小 C．对做匀速圆周运动的物体进行受力分析时，一定不要漏掉向心力 D．做匀速圆周运动的物体其向心力是不变的 B　[向心力是物体做圆周运动的原因，故A错误；因向心力始终垂直于线速度方向，所以它不改变线速度的大小，只改变线速度的方向，当合外力完全提供向心力时，物体就做匀速圆周运动，该合力大小不变，方向时刻改变，即向心力是变力，故B正确，D错误；向心力是根据力的作用效果命名的，它可能是某种性质的力，也可能是某个力的分力或几个力的合力，受力分析时不能加入向心力，故C错误。] 针对练．下列关于向心力的说法中正确的是(　　 ) A．做匀速圆周运动的物体除了受到重力、弹力等力外还受到向心力的作用 B．向心力和重力、弹力一样，是性质力 C．做匀速圆周运动的物体的向心力即为其所受的合力 D．做圆周运动的物体所受各力的合力一定充当向心力 C　[向心力是一个效果力，可以是某一个力，也可以是几个力的合力，或是某个力的分力，故A、B错误；做匀速圆周运动的物体所受合外力指向圆心，完全提供向心力，非匀速圆周运动中是物体所受合外力指向圆心的分力提供向心力，故C正确，D错误。] 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物体，另一端握在手中，将手举过头顶，使小物体在水平面内做匀速圆周运动，此时小物体所受的向心力近似等于手通过绳对小物体的拉力。 2．实验步骤 (1)在小物体的质量和角速度不变的条件下，改变小物体做圆周运动的半径进行实验，比较向心力与半径的关系。 (2)在小物体的质量和做圆周运动的半径不变的条件下，改变小物体的角速度进行实验，比较向心力与角速度的关系。 (3)换用不同质量的小物体，在角速度和半径不变的条件下，重复上述操作，比较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　探究向心力大小的表达式 1．实验原理 转动手柄可以使长槽和短槽分别随变速塔轮匀速转动，槽内的小球随之做匀速圆周运动。长槽和短槽的挡板为小球的运动提供向心力。小球对挡板的作用力通过杠杆结构使弹簧测力筒下降，露出标尺。通过标尺上红白相间等分格的数量即可求得两个小球所受向心力的大小之比。 2．实验步骤 (1)把两个质量相同的小球放在长槽和短槽上，使它们的转动半径相同。调整变速塔轮上的皮带，使两个小球的角速度不同。探究向心力的大小与角速度的关系。 (2)保持两个小球质量不变，增大长槽上小球的转动半径。调整变速塔轮上的皮带，使两个小球的角速度相同。探究向心力的大小与轨道半径的关系。 学生用书↓第33页 (3)换成质量不同的小球，使两小球的转动半径相同。调整变速塔轮上的皮带，使两个小球的角速度也相同。探究向心力的大小与质量的关系。 (4)重复几次以上实验。 3