(讲义)第3章 第2节 科学探究：向心力-【提分教练】2023-2024学年新教材高中物理必修第二册(鲁科版2019)

第2节　科学探究：向心力

[核心素养·明目标]

知识点一　向心力

1．定义

做圆周运动的物体一定受到指向圆心的力的作用，这个力称为向心力。

2．方向

始终指向圆心，总是与运动方向垂直。

3．作用效果

向心力只改变速度的方向，不改变速度的大小。

4．来源

可能是弹力、重力、摩擦力或是它们的合力。做匀速圆周运动的物体，向心力就是物体受到的合外力；做非匀速圆周运动的物体，向心力不是物体所受到的合外力。

5．探究影响向心力大小的因素

(1)实验目的：探究做圆周运动的物体所需要的向心力F与其质量m、转动半径r和转动角速度ω之间的关系。

(2)实验器材：向心力演示器(如图)，小球等。

向心力演示器

(3)探究过程

①m、r相同，改变角速度ω，则ω越大，向心力F就越大。

②m、ω相同，改变半径r，则r越大，向心力F就越大。

③ω、r相同，改变质量m，则m越大，向心力F就越大。

(4)结论

物体做圆周运动需要的向心力与物体的质量成正比，与半径成正比，与角速度的二次方成正比。

(5)公式

F＝mrω2或F＝m。

提醒：向心力是效果力，可能是合力，也可能是某个力的分力。

1：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到的向心力是恒力。  (×)

(2)向心力和重力、弹力、摩擦力一样，是性质力。  (×)

(3)向心力可以由某种性质的力来充当，是效果力。  (√)

知识点二　向心加速度

1．定义

做圆周运动的物体受到向心力的作用，存在一个由向心力产生的加速度，这个加速度称为向心加速度。

2．大小

a＝rω2＝。

3．方向

向心加速度的方向时刻与向心力的方向一致，且始终指向圆心。

　如图所示，地球绕太阳做匀速圆周运动，小球绕细绳的另一端在水

平面内做匀速圆周运动，请思考：

(1)在匀速圆周运动过程中，地球、小球的运动状态发生变化吗？若变化，变化的原因是什么？

提示：变化。是因为受到的合力不为零，即具有加速度。

(2)向心加速度改变物体的速度大小吗？为什么？

提示：不改变。因向心加速度始终与速度方向垂直。

2：思考辨析(正确的打“√”，错误的打“×”)

(1)匀速圆周运动是加速度不变的运动。   (×)

(2)向心加速度描述线速度大小变化的快慢。  (×)

(3)匀速圆周运动的物体所受合外力一定指向圆心。  (√)

考点1　向心力

物体做圆周运动时，向心力由物体所受力中沿半径方向的力提供。可以由一个力充当向心力；也可以由几个力的合力充当向心力；还可以是某个力的分力充当向心力。