第3章 第2节第1课时 向心力-【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（鲁科版2019）

第2节　科学探究：向心力 第1课时　向心力 【素养目标】 物理观念 理解向心力和向心加速度的概念，知道向心力是效果力。知道向心加速度是描述线速度方向改变快慢的物理量。 科学思维 能用牛顿第二定律分析匀速圆周运动的向心力，通过实例认识向心力的作用及来源。 科学态度与责任 有主动将所学知识应用于日常生活的意识，能体会物理学技术应用对日常生活的影响。 一、向心力 1．定义：做匀速圆周运动的物体一定受到指向圆心的合外力的作用。 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，因此向心力不做功。 4．来源：可能是弹力、重力、摩擦力，也可能是某几个力合力。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．大小：做匀速圆周运动的物体，所受向心力的大小为F＝mrω2，而ω＝，则F＝m。 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。 1．判断正误 (1)做匀速圆周运动的物体所受到的向心力是恒力。(　×　) 学生用书第69页 (2)向心力和重力、弹力、摩擦力一样，是性质力。(　×　) (3)向心力是效果力，圆周运动的向心力是合力。(　×　) (4)向心力只改变速度的方向，不改变速度的大小。(　√　) (5)由于匀速圆周运动的速度大小不变，故向心加速度不变。(　×　) (6)由于a＝ω2r，则向心加速度与半径成正比。(　×　) 2．链接实景 荡秋千是小朋友很喜欢的游戏，当秋千由最高点向下荡时，小朋友做的是匀速圆周运动吗？小朋友所受的合力都充当向心力吗？ 提示：　不是匀速圆周运动；不是都充当向心力，有一个沿切线方向的分力。 知识点一　对向心力的理解及来源的分析 现在各大游乐场中都有转盘项目，此项目以其自身的刺激性深受大人、小朋友的喜爱，如图所示，游客坐在匀速转动的水平转盘上，与转盘保持相对静止。 (1)游客受到哪些力的作用？游客做圆周运动的向心力是谁提供的？ (2)向心力对游客的速度产生了什么样的影响？ 提示：　(1)游客受到重力、支持力和静摩擦力的作用；游客做圆周运动的向心力由静摩擦力提供。 (2)向心力改变了游客速度的方向，不改变速度的大小。 1．向心力的特点 (1)方向：方向时刻在变化，始终指向圆心，与线速度的方向垂直。 (2)大小：F＝m＝mrω2＝mωv＝mr。在匀速圆周运动中，向心力大小不变；在非匀速圆周运动中，其大小随速率v的变化而变化。 2．向心力的作用效果：由于向心力的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，只改变线速度的方向。 3．常见向心力的来源实例分析 实例 向心力 示意图 用细线拴住的小球在竖直面内转动至最高点时 绳子的拉力和小球的重力的合力提供向心力，F向＝F＋G 用细线拴住小球在光滑水平面内做匀速圆周运动 线的拉力提供向心力，F向＝T 物体随转盘做匀速圆周运动，且相对转盘静止 转盘对物体的静摩擦力提供向心力，F向＝f 小球在细线作用下，在水平面内做圆周运动 小球的重力和细线的拉力的合力提供向心力，F向＝F合或细线拉力的水平分力提供向心力 木块随圆桶绕轴线做圆周运动 圆桶侧壁对木块的弹力提供向心力，F向＝N 学生用书第70页 考向1　对向心力的理解 (2021·河北保定高一检测)下列关于向心力的说法中正确的是(　　) A．向心力不改变做圆周运动物体速度的大小 B．做匀速圆周运动的物体，其向心力是不变的 C．做圆周运动的物体，所受合力一定等于向心力 D．做匀速圆周运动的物体，所受的合力为零 A　[向心力只改变做圆周运动物体速度的方向，不改变速度的大小，故A正确；做匀速圆周运动的物体，向心力的大小是不变的，但其方向时刻改变，故B错误；做圆周运动的物体，所受的合力不一定都用来提供向心力，还可能提供切线方向的加速度，只有做匀速圆周运动的物体所受合力才等于向心力，故C错误；显然匀速圆周运动是变速运动，物体所受的合力不能为零，故D错误。] 考向2　向心力来源的分析 (多选)用细绳拴着小球做圆锥摆运动，如图所示，下列说法正确的是(　　) A．小球受到重力、绳子的拉力和向心力的作用 B．小球做圆周运动的向心力是重力和绳子的拉力的合力 C．向心力的大小可以表示为F＝mrω2，也可以表示为F＝mg tan θ D．小球所受合力为恒力 BC　[因为向心力是效果力，并不是实际受力，受力分析时不分析，A错误；小球受重力和绳子的拉力而做匀速圆周运动，所以圆周运动的向心力是重力和绳子的拉力的合力