6.2 向心力、6.3 向心加速度 导学案 -2024-2025学年高一下学期物理人教版（2019）必修第二册

高一年级物理 第六章 圆周运动 自学探究学案 学习内容：6.2、6.3 向心力、向心加速度 主备: 闲云 时间 ： 月 日 班 级 姓名 教学目标-核心素养 1、物理观念：理解向心力的概念，知道向心力大小与哪些因素有关。学会用图像、关系式等多种方式认识和表达物体做圆周运动的规律，发展学生的运动与相互作用的物理观念。并能结合牛顿运动定律分析相关问题。 2、科学思维：通过对匀速圆周运动中向心力来源分析，提高分析和解决问题的能力。 通过匀速圆周运动的规律也可以在变速圆周运动中使用，渗透特殊性和一般性之间的辩证关系 3、科学探究：通过实验“感受向心力”、“探究向心力大小的表达式”，使学生在提出问题、实验方案设计、器材选取、数据处理、发现物理规律、得出结论、分析改进等方面得到锻炼。 4、科学态度与责任：通过圆周运动的实验，使学生养成良好的思维表达习惯和科学的价值观，养成严谨的科学态度，而且在实验过程中培养学生的观察能力和逻辑推理能力。体会实验的意义，激发学习物理的兴趣。 自主学习（认真阅读课本，独立思考，相信你一定行﹗） 一、向心力 活动一：用绳系一个小球，用手捏住绳的另一端使小球在光滑的地板上做匀速圆周运动，分析小球受的合力方向： 活动二：伸开右手手心朝上，在手掌上放一本书，伸直右臂让右臂在水平面做匀速圆周运动，结合手的感觉，分析书受的合力方向： 1．定义：做匀速圆周运动的物体一定受到一个指向 的合力，这个力叫做向心力 2．方向:向心力的方向始终指向 ，由于方向 ，所以向心力是 力． 3．产生的效果：只改变线速度的方向，不改变线速度的大小 4．效果力：①向心力是根据力的 来命名的，并不是一种新的性质的力 ②向心力是某个力或某几个力的合力提供的 几种常见的实例如下 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＝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，F向＝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，F向＝F合 二. 向心力的大小 1.感受向心力的大小 用绳和沙袋定性研究，半径、角速度、质量和向心力的关系。 （1）．实验原理 如图甲所示，绳子的一端拴一个小沙袋(或其他小物体)， 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子上拉力 . （2）．实验步骤:用控制变量法，感受绳子拉力的大小 ． ①操作一，比较在质量 、半径相同的情况下，绳子拉力大小与角速度的关系． ②操作二，比较在质量 、角速度相同的情况下，绳子拉力大小与半径的关系． ③操作三，比较在半径 、角速度相同的情况下，绳子拉力大小与质量的关系． （3）．实验结论 半径越大，角速度越大，质量越大，绳子拉力 ，即向心力 2.用向心力演示器定量探究向心力大小的表达式 （1）．实验原理 向心力演示器如图所示，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．皮带分别套在塔轮2和3上 的不同圆盘上，可使两个槽内的小球分别以几种不同 的角速度做匀速圆周运动．小球做圆周运动的向心力 由横带6的挡板对小球的压力提供，球对挡板的反作 用力，通过横臂的杠杆使弹簧测力套筒下降，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）．实验步骤 控制变量 探究内容 m、r相同，改变ω 探究向心力F与角速度ω的关系 m、ω相同，改变r 探究向心力F与半径r的关系 ω、r相同，改变m 探究向心力F与质量m的关系 （3）．实验数据 实验 半径比 角速度比 质量比 向心力比 1 1:1 1:1 1:2 2 1:1 1:1 1:1 3 1:2 1:1 1:1 4 1:1 2:1 1:1 5 1:1 3:2 1:1 （4）．实验结论 1.当半径和角速度一定时，向心力和质量成 。 2.当角速度和质量一定时，向心力和半径成 . 3.当半径和质量一定时，向心力和角速度 成 。 3.向心力公式：Fn＝m 或 Fn＝mω2r。 三、向心加速度 1．定义：物体做圆周运动时受向心力，向心力产生的加速度总指向圆心，这个加速度称为向心加速度． 2．向心加速度大小：an＝ ＝ ＝ = = ， 3．向心加速度的物理意义：描述物体速度方向变化的快慢． 强调1：匀速圆周运动是变加速曲线运动．物体做匀速圆周运动时，向心加速度始终指向圆心，方向在时刻变化，所以匀速圆周运动是变加速曲线运动． 强调2：向心加速度的大小与半径的关系 ①当半径一定时，向心加速度的大小与角速度的平方成正比， 也与线速度的平 方成正比。 ②当角速度一定时，向心加速度与运动半径成正比。 ③当线速度一定时，向心加速度与运动半径成反比。 ④an与r的关系图像：如图所示，由anr图像可以 看出，an与r成正比还是反比，要看ω恒定还是v恒定。 四、变速圆周运动和一般曲线运动 （1）．变速圆周运动 变速圆周运动所受合外力不指圆心，合外力一般产生两个方面的效果： ①指向圆心的分力Fn提供向心力，产生向心加速度，改变物体速度的 。 ②沿切向方向的分力Ft ， 产生切向加速度， 改变速度的 ，与速度方向 相同时物体速度 ，与速度方向相反时，物体速度 。 （2）．一般曲线运动的受力特点 ①处理方法：可以把一般的曲线分割成许多很短的小段，每小段看作一小段圆弧。 ②用处理圆周运动的方法研究物体在每一小段圆弧上的运动 自主练习 1．思考判断(正确的打“√”，错误的打“×”) (1)做匀速圆周运动的物体所受的向心力是恒力． ( ) (2)向心力和重力、弹力一样，是性质力． ( ) (3)向心力可以由重力或弹力等来充当，是效果力． ( ) (4)圆周运动中指向圆心的合力等于向心力． ( ) (5)圆周运动中，向心力是物体所受的合外力 ( ) (6)向心力产生向心加速度． ( ) 2．在匀速圆周运动中，关于向心加速度，下列说法正确的是（　　） A．向心加速度是恒量 B．向心加速度的方向保持不变 C．向心加速度的方向始终与线速度方向垂直 D．向心加速度是反映线速度的大小变化快慢的物理量 2 学科网（北京）股份有限公司 $$