6.2.1 向心力 探究向心力大小的表达式 导学案 -2023-2024学年高一下学期物理人教版（2019）必修第二册

学校 课型 新课 课时 1 题目 6.2.向心力 探究向心力大小的表达式 年级 高一 学习目标 1.理解向心力的概念，知道向心力是根据力的作用效果命名的。 2.掌握向心力的表达式，并会分析计算实际情境中的向心力。 3.通过生活中的实例，理解向心力的概念和特点，知道向心力的来源。 4.通过实验探究，理解向心力的表达式。 基础知识 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 ，这个指向 的力就叫向心力。 2．方向：始终指向 ，由于方向 ，所以向心力是 。 3．效果：向心力只改变速度的 。 4．来源：向心力是根据力的 来命名的，它是由某个力或者几个力的合力提供的。 二、实验：探究向心力大小的表达式 精确的实验表明向心力的大小可以表示为 Fn＝ m＝ mω2r＝m2r。 课堂拓展 一、向心力 [想一想]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，物体受重力、弹力、摩擦力和向心力，对吗？物体所受摩擦力沿什么方向？ 【例1】(生活情境命题)如图所示，一只老鹰在水平面内盘旋做匀速圆周运动，则关于老鹰受力的说法正确的是( B ) A．老鹰受重力、空气对它的作用力和向心力的作用 B．老鹰受重力和空气对它的作用力 C．老鹰受重力和向心力的作用 D．老鹰受空气对它的作用力和向心力的作用 【变式】如图所示，一圆盘可绕通过圆盘的中心O且垂直于盘面的竖直轴转动，在圆盘上放置一小木块A，它随圆盘一起做匀速圆周运动。关于木块A的受力，下列说法正确的是( C ) A．木块A受重力、支持力和向心力 B．木块A受重力、支持力和静摩擦力，静摩擦力的方向与木块运动方向相反 C．木块A受重力、支持力和静摩擦力，静摩擦力的方向指向圆心 D．木块A受重力、支持力和静摩擦力，静摩擦力的方向与木块运动方向相同 二 实验：探究向心力大小的表达式 步骤1　感受向心力 【实验原理】如图所示，在绳子的一端拴一个小沙袋(或其他小物体)，另一端握在手中。将手举过头顶，使沙袋在水平面内做匀速圆周运动，此时沙袋所受的向心力近似等于绳对沙袋的拉力。 【实验结论】　半径越 ，角速度越 ，质量越 ，向心力越大。 步骤2　用向心力演示器定量探究 【实验目的】(1)探究向心力大小与小球质量、运动半径、角速度的关系。 (2)学会用控制变量法探究物理规律。 【实验原理与设计】 (1)实验的基本思想——控制变量法 在物理实验中，根据实验需求，要注意使实验过程中的不同变量保持不变。 (2)设计思路 ①若要讨论向心力与小球质量的关系，应控制运动半径、角速度不变。 ②若要讨论向心力与运动半径的关系，应控制小球质量、角速度不变。 ③若要讨论向心力与角速度的关系，应控制小球质量、运动半径不变。 【实验装置】　向心力演示器如图所示。 【实验过程】 (1)保持两个小球质量m和角速度ω相同，使两球运动半径r不同，进行实验，比较向心力Fn与运动半径r之间的关系。 (2)保持两个小球质量m和运动半径r相同，使两球的角速度ω不同，进行实验，比较向心力Fn与角速度ω之间的关系。 (3)保持运动半径r和角速度ω相同，用质量m不同的钢球和铝球进行实验，比较向心力Fn与质量m的关系。 【实验结论】 相同的物理量 不同的物理量 实验结论 1 m、ω r r越大，Fn越大，Fn∝r 2 m、r ω ω越大，Fn越大，Fn∝ω2 3 r、ω m m越大，Fn越大，Fn∝m 【例2】(科学探究命题)用如图所示的装置来探究小球做圆周运动所需向心力的大小F与小球质量m、角速度ω和转动半径r之间的关系。两个变速塔轮通过皮带连接，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套筒下降，从而露出标尺，标尺上的黑白相间的等分格显示出两个小球所受向心力的比值。如图是探究过程中某次实验时装置的状态。 (1)在探究向心力的大小F与小球质量m的关系时，要保持　A　相同。 A．ω和r B．ω和m C．m和r D．m和F (2)如图所示，两个小球质量和转动半径相等，则是在研究向心力的大小F与　C的关系。 A．小球质量m B．转动半径r C．角速度ω D．无法确定 (3)若图中标尺上黑白相间的等分格显示出两个小球所受向心力的比值为1∶9，与皮带连接的两个变速塔轮的半径之比为　B　。 A．1∶3 B．3∶1