6.2 向心力-【正禾一本通】2023-2024学年新教材高一物理必修2同步课堂高效讲义教师用书(人教版）

第二节 向心力► 对应学生用书P30 【课标要求】　1.通过实验，探究并了解匀速圆周运动向心力大小与半径、角速度、质量的关系。 2．能用牛顿第二定律分析匀速圆周运动的向心力。 知识点一 | 向心力 教材新知梳理 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圆心，这个指向圆心的力叫作向心力。 2．方向：始终沿着半径指向圆心。 3．来源：向心力是由某个力或者几个力的合力提供的，是根据力的作用效果命名的。 二、向心力的大小 1．用向心力演示器探究向心力大小的表达式 (1)实验装置：向心力演示器 (2)向心力演示器工作原理 匀速转动手柄1，可使变速塔轮2和3以及长槽4和短槽5随之匀速转动，槽内的小球做匀速圆周运动。使小球做圆周运动的向心力由横臂6的挡板对小球的压力提供。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7下降，从而露出标尺8。根据标尺8上露出的红白相间等分标记，可以粗略计算出两个球所受向心力的比值。 2．向心力的大小 Fn＝mω2r或m。 关键核心突破 [任务驱动] 1．如图所示，滑冰运动员转弯时什么力充当向心力？ 2．如图所示，小球绕O′在水平面内做匀速圆周运动，可以说小球受重力、绳的拉力和指向O′的向心力吗？ 提示：1.地面对运动员的摩擦力充当向心力。 2．不能，向心力是按效果命名的力，物体实际受到的沿半径方向的合力即为向心力，不是另外受到的某一个力。 题组应用培优 [要点培优] 1．向心力的大小 Fn＝m＝mω2r＝mωv＝mr。 2．向心力的方向 无论是否为匀速圆周运动，其向心力总是沿着半径指向圆心，方向时刻改变，故向心力是变力。 3．向心力的作用效果 由于向心力始终指向圆心，其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。 4．向心力来源及分析 (1)向心力是根据力的作用效果命名的，它可以由重力、弹力、摩擦力等各种性质的力提供，也可以由它们的合力提供，还可以由某个力的分力提供。 (2)物体做匀速圆周运动的条件：合外力大小不变，方向始终与线速度方向垂直且指向圆心。 (3)分析几个典型实例中向心力的来源 实例 向心力的来源 示意图 用细线拴住的小球在竖直面内转动至最高点时 细线的拉力和重力的合力提供向心力，Fn＝FT＋G 用细线拴住的小球在光滑水平面内做匀速圆周运动 细线的拉力提供向心力，Fn＝FT 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，Fn＝Ff 小球在细线作用下，在水平面内做圆周运动 重力和细线的拉力的合力提供向心力，Fn＝F合 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，Fn＝FN 题组应用培优 [例1] (多选)如图，a、b两个小球质量相等，用一根轻绳相连，另有一根轻绳的两端分别连接O点和B点。让两个小球绕O点在光滑水平桌面上以相同的角速度做匀 速圆周运动，若OB绳上的拉力为F1，AB绳上的拉力为F2，OB＝AB，则(　　) A．a球所受向心力为F1，b球所受向心力为F2 B．a球所受向心力为F2，b球所受向心力为F1 C．a球所受向心力为F2，b球所受向心力为F1－F2 D．F1∶F2＝3∶2 解析：选CD。小球在光滑水平桌面上做匀速圆周运动，设角速度为ω，在竖直方向上所受重力与桌面支持力平衡，水平方向上不受摩擦力，绳子的拉力提供向心力，对a球有F2＝mω2r2，对b球有F1－F2＝mω2r1，已知r2＝2r1，各式联立解得F1＝F2，故A、B错误，C、D正确。 [训练]1.A、B两物体都做匀速圆周运动，＝，＝，经过1 s，A转过圆心角，B转过了圆心角，则A物体的向心力与B的向心力之比为(　　) A．1∶4 B．4∶9 C．9∶16 D．16∶9 解析：选B。根据角速度的定义式ω＝可知＝，根据向心力公式F＝mω2r，可得A物体的向心力与B物体的向心力之比为＝·()2·＝×()2×＝，故A、C、D错误，B正确。 知识点二 | 变速圆周运动与一般曲线运动　　　　　　　　　　　　　　　　 教材新知梳理 1．变速圆周运动合力的作用效果 (1)跟圆周相切的分力Ft：与物体运动的方向平行，改变线速度的大小。 (2)指向圆心的分力Fn：与物体运动的方向垂直，改变线速度的方向。 2．一般曲线运动 (1)曲线运动：运动轨迹既不是直线也不是圆周的曲线运动，称为一般的曲线运动，如图所示。 (2)处理方法：将曲线分割成为许多很短的小段，质点在每一小段的运动都可以看作圆周运动的一部分。 关键核心突破 [任务驱动] 1．把一个小球放在漏斗中，晃动漏斗，可以使小球在短时间内沿光滑的漏斗壁在某一水平面内做匀速圆周运动。 探究：(1)增大晃动漏斗的速率，小