(讲义)第2章 第2节 第1课时 向心力-【提分教练】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 学习任务 1．了解向心力的概念，知道向心力是根据力的作用效果命名的。 2．通过实验探究影响向心力大小的因素，掌握拓展实验的探究方法，提高动手实验的能力。 3．掌握向心力公式，并能分析向心力的来源，解决相关问题。 4．从实际问题中体会向心力的应用，指导生活生产实际，培养学以致用的科学精神。 知识点　感受向心力及向心力的公式 1．定义： 大量实验表明，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： 向心力的方向始终指向圆心，总是与线速度方向垂直。 3．公式： F＝mω2r或者F＝。 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。 　向心力是和重力、弹力、摩擦力一样的力吗？ 提示：不一样，向心力是效果力。 　思考辨析(正确的打“√”，错误的打“×”) (1)做匀速圆周运动的物体所受的向心力是恒力。 (　　) (2)向心力和重力、弹力一样，是性质力。 (　　) (3)向心力可以由重力或弹力等来充当，是效果力。 (　　) [答案]　(1)×　(2)×　(3)√ 飞机在空中水平面内做匀速圆周运动；在光滑漏斗内壁上，小球做匀速圆周运动。 (1)飞机和小球在运动过程中受到哪些力的作用？ (2)飞机受力的合力方向及作用效果是什么？ 提示：(1)飞机受到重力和升力的作用；小球受到重力和支持力的作用。 (2)这些力的合力指向圆周运动的圆心，充当向心力，改变速度的方向。 考点1　对向心力的理解 1．向心力的特点 由于向心力的方向与物体运动方向始终垂直，故向心力是变力。其作用不改变线速度的大小，只改变线速度的方向。 2．向心力的来源分析 在匀速圆周运动中，由合力提供向心力。在非匀速圆周运动中，物体合力不是始终指向圆心，沿半径方向的合力指向圆心，提供向心力。 3．向心力来源的实例分析 向心力来源 实例分析 重力提供向心力　 如图所示，用细绳拴住小球，使小球在竖直面内转动，当它经过最高点时，若细绳的拉力恰好为零，则此时向心力由小球所受的重力提供 弹力提供 向心力　 如图所示，绳子的一端系在光滑水平桌面上的O点，另一端系一小球，使小球在桌面上做匀速圆周运动，则小球做匀速圆周运动的向心力由绳子的拉力(弹力)提供 摩擦力提 供向心力 如图所示，木块随圆盘一起做匀速圆周运动，其所需的向心力由静摩擦力提供。木块相对圆盘的运动趋势的方向沿半径背离圆心，静摩擦力的方向与相对运动趋势的方向相反。但是，当圆盘光滑(无摩擦力)时，木块将沿切线方向飞出，说明木块相对于地面的运动趋势的方向沿切线方向，而相对于圆盘的运动趋势的方向沿半径向外 合力提供向心力 如图所示，细线拉住小球在竖直面内做匀速圆周运动，当小球经过最低点时，向心力由细线的拉力和小球重力的合力提供 分力提供 向心力 如图所示，小球在细线作用下，在水平面内做圆周运动时，向心力由细线的拉力在水平方向的分力提供 【典例1】　如图所示，物块P置于水平转盘上随转盘一起运动，图中c方向沿半径指向圆心，a方向与c方向垂直。当转盘逆时针转动时，下列说法正确的是(　　) A．当转盘匀速转动时，P所受摩擦力方向为c B．当转盘匀速转动时，P不受转盘的摩擦力 C．当转盘加速转动时，P所受摩擦力方向可能为a D．当转盘减速转动时，P所受摩擦力方向可能为b A　[转盘匀速转动时，物块P所受的重力和支持力平衡，摩擦力提供其做匀速圆周运动的向心力，故摩擦力方向为c，A项正确，B项错误；当转盘加速转动时，物块P做加速圆周运动，不仅有沿c方向指向圆心的向心力，还有指向a方向的切向力，使线速度大小增大，故摩擦力可能沿b方向，不可能沿a方向，C项错误；当转盘减速转动时，物块P做减速圆周运动，不仅有沿c方向指向圆心的向心力，还有与a方向相反的切向力，使线速度大小减小，故摩擦力可能沿d方向，不可能沿b方向，D项错误。] 　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，也可能是某一个力的分力或某几个力的合力。 (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。 [跟进训练] 1．(多选)如图所示为游乐园中的“空中飞椅”设施，游客乘坐飞椅从启动，匀速旋转，再到逐渐停止运动的过程中，下列说法正确的是(　　) A．游客和飞椅