6.2 向心力-【赢在微点】轻松课堂2023-2024学年新教材高中物理必修 第二册人教版（2019）

2.向心力 1.知道向心力是根据力的效果命名的,会分析向心力的来源。 2.感受影响向心力大小的因素,通过实验探究它们之间的关系。 3.掌握向心力的表达式,能够计算简单情境中的向心力。 4.知道变速圆周运动和一般曲线运动的分析方法。 　　 我们在观看摩托车比赛时经常被摩托车手娴熟的驾车技术、风驰电掣的车速震惊,想必你也会看到摩托车高速通过弯道时的情况,摩托车要向里倾斜,车手的膝盖几乎擦着地面,如图所示。 若把摩托车和车手看作一个整体,整体受几个力作用?这些力的作用效果如何? 　 知|识|梳|理 一、向心力 1.定义:做匀速圆周运动的物体受到的始终指向圆心的合力。 2.方向:始终指向圆心,总是与运动方向垂直。 3.作用效果:只改变速度的方向,不改变速度的大小。 二、向心力的大小 1.实验探究。 (1)探究目的: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)实验过程。 ①保持ω、r相同,研究向心力F与小球质量m之间的关系。 ②保持m、r相同,研究向心力F与角速度ω之间的关系。 ③保持ω、m相同,研究向心力F与半径r之间的关系。 ④实验结论:做匀速圆周运动所需向心力的大小,在质量和角速度一定时,与半径成正比;在质量和半径一定时,与角速度的平方成正比;在半径和角速度一定时,与质量成正比。 2.向心力公式:Fn=mω2r或Fn=m。 三、变速圆周运动和一般曲线运动的受力特点 1.做圆周运动的物体受到的合力为F,产生的两个效果。 (1)沿轨迹切线方向的分力Ft改变速度的大小。 (2)指向圆心的分力Fn改变速度的方向。 2.做圆周运动的物体,受到的合力与速度方向夹角小于90°时,物体的速度增大;受到的合力与速度方向夹角大于90°时,物体的速度减小。 预|习|自|检 1.判断正误(正确的画“√”,错误的画“×”) (1)向心力既可以改变速度的大小,也可以改变速度的方向。 (×) (2)物体做圆周运动的速度越大,向心力一定越大。(×) (3)向心力和重力、弹力一样,是性质力。 (×) (4)匀速圆周运动的向心力是恒力。 (×) (5)所有圆周运动的合力都等于向心力。 (×) 2.在长为0.2 m的细绳的一端系一个质量为0.1 kg的小球,细绳的另一端固定在光滑水平桌面上,使小球以0.6 m/s的速度在桌面上做匀速圆周运动,则小球运动的角速度为　　　　　rad/s,细绳拉小球的力大小为　　　　　N。  解析　角速度ω== rad/s=3 rad/s,绳的拉力提供小球做圆周运动的向心力,故Fn=m=0.18 N。 答案　3　0.18 　 探究一 对向心力的理解 1.大小:Fn=m=mω2r=mr=m·4π2n2r =… (1)匀速圆周运动中向心力的大小始终不变。 (2)非匀速圆周运动中向心力的大小随速率v的变化而变化,公式表述的只是瞬时值。 2.方向:无论是否为匀速圆周运动,其向心力总是沿半径指向圆心,方向时刻改变,故向心力是变力。 3.向心力是效果力。 (1)向心力因其方向时刻指向圆心而得名,是效果力。 (2)它的作用效果是只改变速度方向不改变速度大小。 (3)不是因为物体做圆周运动才产生向心力,而是向心力作用迫使物体不断改变速度方向而做圆周运动。 【例1】　(多选)下列关于向心力的说法中正确的是 (　　) A.物体由于做圆周运动而产生了一个向心力 B.向心力不改变圆周运动中物体线速度的大小 C.做匀速圆周运动的物体,其向心力即为其所受的合外力 D.做圆周运动的物体所受各力的合力一定充当向心力 解析　当物体所受的合外力始终有一分力垂直于速度方向时,物体就将做圆周运动,该分力提供物体做圆周运动的向心力,故先有向心力然后才使物体做圆周运动。因向心力始终垂直于速度方向,所以它不改变线速度的大小,只改变线速度的方向。做匀速圆周运动的物体所受合外力指向圆心,完全提供向心力。非匀速圆周运动中合外力指向圆心的分力提供向心力。B、C两项正确。 答案　BC 【针对训练1】　 如图所示,一水平圆盘可绕过圆盘的中心O且垂直于盘面的竖直轴转动,在圆盘上放一小木块A,它随圆盘一起做匀速圆周运动,则关于木块A的受力,下列说法中正确的是 (　　) 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,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,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,摩擦力的方向与木块运动方向相同 解析　由于圆盘上的木块A在竖直方向上没有加速度,所以它在竖直方向上受重力和支持力的作用平衡。木块在水平面内做匀速圆周运动,其所需向心力由静摩擦力提供,静摩擦力的方向指向圆心O。C项正确。 答案　C 探究二 探究向心力大小的表达式 　　实验