6.2 向心力 课件 -2025-2026学年高一下学期物理人教版必修第二册

该高中物理课件聚焦圆周运动的向心力与向心加速度，通过“剪断细线观察小球运动”的思考与讨论导入，衔接匀速圆周运动的变速特性，引导学生从受力分析探究向心力来源，再通过实验推导向心加速度公式，构建连贯知识支架。 其亮点在于以人造卫星、圆锥摆等实例建构物理模型，用向心力演示器实验（控制变量法）落实科学探究，结合公式推导培养科学推理，含实验视频辅助理解。能帮助学生深化运动与相互作用观念，教师可借助实例和实验提升教学效果。

第六章 圆周运动 6.2 向心力 人教版(2019)必修 第二册 匀速圆周运动 线速度的大小处处相等的圆周运动叫做匀速圆周运动 匀速圆周运动的速度方向在不断变化 是一种变速运动 必然具有加速度 做匀速圆周运动的物体所受合外力不为零 一个小球在细线的牵引下，绕光滑桌面上的图钉做匀速圆周运动。用剪刀将细线剪断，观察小球的运动。你认为使小球做圆周运动的力指向何方？ G FN F 合力 思考与讨论 做匀速圆周运动的物体合力始终指向圆心，与速度v垂直。这就是我们今天要学的第一个问题——向心力。 (一)向心力 1.定义：做匀速圆周运动的物体一定受到一个指向圆心的合力，这个合力叫做向心力。 ①方向时刻发生变化，是变力（始终指向圆心且与速度方向垂直） ②向心力的作用：只改变线速度的方向不改变速度大小 ③向心力是根据力的作用效果来命名的，它可以是某一个力，或者是几个力的合力来提供。 受力分析时, 不能多出一个向心力。 O F引 F合＝F引 ＝Fn 1.人造卫星绕地球运行 人造卫星绕地球做（近似）匀速圆周运动 卫星受到地球的引力充当向心力 卫星受到的合力充当向心力 探究向心力的来源 转台与物体间没有发生相对滑动 2.木块随盘做匀速圆周运动 FN mg F静 小物块所受静摩擦力充当向心力 小物块所受重力、支持力和静摩擦力三个力的合力充当向心力. 探究向心力的来源 G Ff FN ω 3.物块随着圆桶一起匀速转动 F合＝FN = Fn 滚筒洗衣机中物体随滚筒一起匀速转动 物体所受重力、摩擦力和支持力的合力充当向心力 物体所受支持力充当向心力 探究向心力的来源 小球所受绳子拉力和重力的合力充当向心力 小球绕中心做匀速圆周运动 r θ O G=mg F合 F F合＝mgtanθ = Fn 也可以说成拉力F在水平方向的分力充当向心力 探究向心力的来源 4.圆锥摆做匀速圆周运动 小球在某一平面做匀速圆周运动 物体所受重力和支持力的合力充当向心力 竖直方向 水平方向 F合 ω θ θ m O r mg N 5.小球在光滑玻璃漏斗中做匀速圆周运动 物体所受支持力在水平方向上的分力充当向心力 探究向心力的来源 Fn cosθ =G F合＝Fn sinθ = Gtan θ 玻璃球所受重力和内壁的支持力的合力充当向心力 在水平面内做匀速圆周运动（不计摩擦） 竖直方向 水平方向 6.玻璃球沿透明碗的内壁做匀速圆周运动 玻璃球所受内壁支持力在水平方向上的分力充当向心力 探究向心力的来源 Fn cosθ =G F合＝Fn sinθ = Gtan θ 1.向心力可以是重力、弹力、摩擦力等各种性质的力，也可以是几个力的合力，还可以是某个力的分力。物体做匀速圆周运动时，由合力提供向心力。 2.向心力是根据作用效果命名的，并不是一种新的性质的力。 3.向心力不是物体真实受到的一个力，不能说物体受到向心力的作用，只能说某个力或某几个力提供了向心力。 向心力的几点说明 (1)物体由于做圆周运动而产生了向心力。(　　) (2)对做匀速圆周运动的物体进行受力分析时，一定不要漏掉向心力。 (　　) (3)当物体受到的合外力大小不变，方向始终与线速度方向垂直且指向圆心时，物体做匀速圆周运动。(　　) (4)圆周运动中指向圆心的合力等于向心力。(　　) × × √ √ 向心力的大小与圆周运动的各物理量之间有什么样的关系呢？ 易错辨析 如图所示，在绳子的一端拴一个小球，另一端握在手中。将手举过头顶，使小球在水平面内做圆周运动。此时，小球所受的向心力近似等于手通过绳对小球的拉力。换用不同质量的小球，并改变小球转动的速度和绳的长度，感受向心力的变化。 感受向心力 做一做 （1）体验向心力的大小 猜想：向心力大小可能与 ___________________________ 有关 物体质量、 轨道半径、 运动快慢 （2）演示实验：用向心力演示器演示 方法:控制变量法 探究向心力的大小 实验原理 匀速转动手柄，使变速塔轮以及长槽和短槽和槽内的小球随之匀速转动，使小球做匀速圆周运动的向心力由横臂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下降，从而露出标尺。根据标尺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。 用向心力演示器探究向心力的大小 (1)匀速转动手柄1，可使变速塔轮2和3匀速转动，思考通过两变速塔轮控制两侧圆周运动角速度的原理； 变速塔轮2和3边缘线速度大小相等，两塔轮转动半径不同，则两塔轮角速度不同。根据v=ωr可得，角速度与半径成反比。 (2)两塔轮分别与长槽4和短槽5同轴转动，槽内的小球转动角速度关系如何判定？ 槽内小球角速度与对应塔轮角速度相同。 (3)小球做匀速圆周运动的向心力由谁提供？ 横臂对小球的作用力提供了小球做匀速圆周运动的向心力。 实验方法:控制变量法 1.F与m的关系 保持r、ω一定，改变m 保持ω 、m一定,改变r 3.F与ω 的关系 保持m、 r一定,改变ω 2.F与r的关系 实验方法 实验视频 数据分析 实验条件 实验现象 实验结论 ω r一定，ma=2mb m ω一定，ra=2rb m r一定，2ωa=ωb Fa=2Fb F∝m Fa=2Fb F∝r 4Fa=Fb F∝ω2 用向心力演示器探究向心力的大小 实验结论: 物体做圆周运动需要的向心力与物体质量成正比，与半径成正比，与角速度的二次方成正比。 根据 推导向心力的另一表达式： 公式： Fn＝mrω2 实验结论 荡秋千是小朋友很喜欢的游戏，当秋千由上向下荡时： (1)小朋友做的是匀速圆周运动还是变速圆周运动？ 小朋友做的是变速圆周运动。 (2)绳子拉力与小朋友的重力的合力指向悬挂点吗？运动过程中，公式 Fn=m=mω2r还适用吗？ 小朋友荡到最低点时，绳子拉力与小朋友的重力的合力指向悬挂 点，在其他位置，合力不指向悬挂点。运动过程中，公式Fn=m=mω2r 仍然适用于向心力的求解。 匀速圆周运动所受的合力提供向心力，方向始终指向圆心；如果一个沿圆周运动的物体所受的合力不指向圆心，还能做匀速圆周运动吗？ O O Fn   F合 v Fn   v F合 速度增大的圆周运动 速度减小的圆周运动 向心分力Fn ，产生向心加速度an，只改变线速度方向。 切向分力Fτ ，产生切向加速度aτ，改变线速度的大小。 变速圆周运动的受力 当沿圆周运动的物体所受的合力不指向圆心时，物体做变速圆周运动。 物体做变速圆周运动时： 当合外力与速度夹锐角时，物体线速度增加  当合外力与速度夹钝角时，物体线速度减小  物体做变速圆周运动的受力条件：当做圆周运动的物体所受合力不指向圆心时，物体做变速圆周运动。 变速圆周运动的规律 运动轨迹既不是直线也不是圆周的曲线运动，可以称为一般曲线运动。 r1 r2 研究方法：把一般曲线分割为许多极短的小段，每一段都可以看作一小段圆弧。这些圆弧的弯曲程度不一样，表明它们具有不同的曲率半径。在分析质点经过曲线上某位置的运动时可以采用圆周运动的分析方法进行处理。 一般的曲线运动 第六章 圆周运动 6.3 向心加速度 人教版(2019)必修 第二册 思考：做匀速圆周运动的物体，它所受的力沿什么方向？ G FN F 合力 由牛顿第二定律知，物体的加速度方向跟合外力的方向相同。 温故知新 1.向心加速度：做匀速圆周运动的物体加速度指向圆心，这个加速度称为向心加速度。 4.物理意义：描述速度方向变化的快慢 2.符号：an 3.方向：始终指向圆心 5.说明：匀速圆周运动加速度的方向时刻改变，所以匀速圆周运动不是匀变速运动，而是变加速运动。 向心加速度 v a Fn 根据牛顿第二定律和向心力表达式，试推导向心加速度的表达式。 　已知向心力表达式Fn=m=mω2r，根据牛顿第二定律Fn=man，得an==ω2r。 1.产生：由向心力产生 3.说明：匀速圆周运动的向心加速度大小不变。 2.大小：根据牛顿第二定律和向心力表达式 ，可得出向心加速度的大小 向心加速度的大小 从公式an=看，向心加速度与圆周运动的半径成反比；从公式an=ω2r看，向心加速度与半径成正比。这两种说法是否矛盾？为什么？ 思考与讨论 不矛盾，在线速度一定的情况下，向心加速度与半径成反比，在角速度一定的情况下，向心加速度与半径成正比。 (1)物体做匀速圆周运动时，其向心加速度是恒定的。(　　) (2)物体做匀速圆周运动时，在相等时间内速度变化量是相同的。 (　　) (3)圆周运动的加速度一定指向圆心。(　　) (4)向心加速度的方向始终与速度方向垂直。(　　) × × × √ 返回 易错辨析 【例题】如图 所示，在长为 l 的细绳下端拴一个质量为 m 的小球，捏住绳子的上端，使小球在水平面内做圆周运动，细绳就沿圆锥面旋转，这样就成了一个圆锥摆。当绳子跟竖直方向的夹角为 θ 时，小球运动的向心加速度 an 的大小为多少？通过计算说明 ：要增大夹角 θ，应该增大小球运动的角速度 ω。 教材例题 Fn m O r F l G 【解析】 根据对小球的受力分析，可得向心力：Fn ＝ mgtanθ 根据牛顿第二定律可得小球运动的向心加速度 an ＝ Fn/m ＝ gtan θ (1) 根据几何关系可知小球做圆周运动的半径 r＝lsin θ (2) 把向心加速度公式 an＝ω2r 和(2)式代入(1)式，可得 cosθ ＝— g lω2 从此式可以看出，当小球运动的角速度增大时，夹角也随之增大。因此，要增大夹角θ，应该增大小球运动的角速度ω。 教材例题 1.从向心力的来源看 匀速圆周运动：合外力全部用来提供向心力 变速圆周运动：合外力部分用来提供向心力 2.从加速度的角度看 仅有向心加速度的圆周运动是匀速圆周运动 同时具有向心加速度和切向加速度的圆周运动是变速圆周运动 变速圆周运动与匀速圆周运动的对比 Lavf59.23.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 $