第二章 第二节 向心力与向心加速度（Word教参）-【优化指导】2023-2024学年新教材高中物理必修第二册（粤教版2019）

第二节　向心力与向心加速度 第1课时　向心力 课程内容要求 核心素养提炼 1.体验向心力的存在，知道其特点． 2．知道向心力与线速度、角速度等的关系． 1.物理观念：结合生活体验，感受做匀速圆周运动物体的受力特点，引入向心力概念． 2．科学思维：知道向心力是效果力，会分析实例中向心力的来源． 3．科学态度与责任：用心体验生产、生活中圆周运动的向心力． [对应学生用书P24] 1．概念 物体做匀速圆周运动时所受合外力的方向始终指向轨迹的圆心，这个指向圆心的合外力称为向心力． 2．方向 向心力是变力，其方向总是沿着半径指向圆心且时刻改变，与线速度方向垂直． 3．作用效果 只改变线速度的方向，不改变线速度的大小． 4．来源分析 物体只要做圆周运动，就一定有向心力．向心力是按作用效果来命名的力，可以由重力、弹力、摩擦力等力提供，也可以由某个力的分力或某几个力的合力提供． (1)向心力由重力提供 小球在竖直面内从一定高度沿光滑轨道滑下，当它经过圆轨道最高点时，若轨道对其的弹力恰好为零，则此时小球的向心力由重力提供，如图甲所示． (2)向心力由弹力提供 沿竖直光滑器壁在水平面内做匀速圆周运动的小球，其向心力由弹力提供，如图乙所示． (3)向心力由摩擦力提供 物体随转盘做匀速圆周运动，且物体相对转盘静止，其向心力由转盘对物体的静摩擦力提供，如图丙所示． (4)向心力由某个力的分力或某几个力的合力提供 小球在细线作用下，在水平面内做圆锥摆运动，其向心力可以说由细线的拉力沿水平方向的分力提供，也可以说由细线的拉力和重力的合力提供，如图丁所示． [思考] 用手通过细绳拉着一个物块在水平面上做匀速圆周运动，通过改变物块的质量、转动的速度、细绳长度等条件，感受细绳对手的力怎样变化． 提示　物块质量越大，转动速度越快、细绳越短，则绳子上的拉力越大． 1．实验：探究向心力大小的表达式 (1)实验目的：探究向心力大小F与质量m、角速度ω和半径r之间的关系． (2)实验方法：控制变量法． (3)实验原理 如图所示为向心力演示器，转动手柄使长槽和短槽分别随变速塔轮匀速转动，槽内的小球就做匀速圆周运动．横臂的挡板对小球的压力提供了向心力，小球对挡板的反作用力通过横臂的杠杆作用使弹簧测力筒下降，从而露出标尺，标尺上的红白相间的等分标记显示出两个小球所受向心力的比值． (4)实验过程 ①保持ω和r相同，研究小球做圆周运动所需向心力F与质量m之间的关系(如图甲所示)，记录实验数据． ②保持m和r相同，研究小球做圆周运动所需向心力F与角速度ω之间的关系(如图乙所示)，记录实验数据． ③保持ω和m相同，研究小球做圆周运动所需向心力F与半径r之间的关系(如图丙所示)，记录实验数据． (5)实验结果 小球做圆周运动所需向心力的大小，在半径和角速度一定时，与质量成正比；在质量和半径一定时，与角速度的平方成正比；在质量和角速度一定时，与半径成正比． 2．向心力的表达式 向心力的大小可表示为F＝m或者F＝mω2r. 将ω＝，v＝πr等公式代入公式F＝mω2r 可得向心力大小的不同表达式：F＝m()2r＝mvω. [思考] (1)在实验中，有哪些方法可以判定两个物理量是否成正比？ 提示　①图像法：观察两个物理量在坐标系中是否成一条过原点的倾斜的直线． ②比值法：两个量的比值是否一定． (2)实验中判断两个物理量的正比关系时，是否需要测出各个物理量的具体数值？ 提示　不需要，只需得到对应量的比值． [对应学生用书P25] 探究点一　向心力的理解 当天气晴朗的时候，我们经常可以看到许多鸟儿在空中盘旋，如果将鸟儿的运动等效为水平面内的圆周运动，那么是哪些力在提供向心力呢？ 提示　重力和空气对鸟儿的作用力的合力，也等于空气的作用力在水平方向的分力． 分析向心力来源的注意点 (1)向心力可能是物体受到的某一个力或某几个力的合力，也可能是某一个力的分力． (2)物体做匀速圆周运动时，合力一定是向心力，方向指向圆心，只改变速度的方向． (3)物体做变速圆周运动时，合力方向与速度方向一定不垂直，合力沿半径方向的分力充当向心力，改变速度的方向；合力沿平行轨道切线方向的分力改变速度的大小． (4)物体做变速圆周运动，当速率增大时，物体受到的合力与速度方向的夹角为锐角；当速率减小时，物体受到的合力与速度方向的夹角为钝角． (多选)如图所示，用长为L的细线拴住一个质量为M的小球，使小球在水平面内做匀速圆周运动，细线与竖直方向的夹角为θ，关于小球的受力情况，下列说法中正确的是(　　) A．小球受到重力、线的拉力和向心力三个力 B．向心力是线对小球的拉力和小球所受重力的合力 C．向心力的大小等于细线对小球拉力的水平分力 D．向心力的大小等于Mg sin θ BC　[小球在水平面内做匀速圆周运动，对小