2.向心力（教学课件）物理人教版必修第二册

第六章 圆周运动 人教版（2019）必修 第二册 2.向心力 目录 学习目标 重点难点 课堂导入 探究新知 课堂小结 课堂练习 布置作业 1 2 3 4 5 6 7 2 01 02 03 04 物理观念 理解向心力的定义，知道向心力是按效果命名的力，可由单个力、多个力的合力或某个力的分力提供。 科学思维 通过光滑水平面内小球圆周运动、圆锥摆等理想化模型，抽象出向心力的作用效果，忽略次要因素。 科学探究 利用向心力演示器，通过控制变量法探究向心力与 m 、r 、ω 的关系，归纳实验结论。 科学态度与责任 强调实验操作中控制变量的重要性，如使用向心力演示器时确保转速稳定、小球质量准确，培养实事求是的科学态度。 学习目标 向心力 01 向心力的大小 02 变速圆周运动和一般曲线运动的受力特点 03 教学内容 教学重点 1 教学重点 2 教学难点 3 理解向心力的表达式及会分析其来源。 采用控制变量法“探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系”。 掌握向心力大小的表达式，并会应用公式进行有关的计算。 重点难点 课堂导入——思考与讨论 游乐场里有各种有趣的游戏项目。空中飞椅因其刺激性而深受很多年轻人的喜爱。飞椅与人一起做匀速圆周运动的过程中，受到了哪些力？所受合力的方向有什么特点？ 请用手牵引轻绳一端拴着的小球，使其在光滑水平面做匀速圆周运动，手有何感觉？分析小球受力？合外力方向有何特征？ 课堂导入——体验与思考 G FN F O (1)小球的受力：重力、支持力和绳的拉力 合力 (2)小球的合力方向：绳子对球有指向圆心的力 课堂导入——小球的受力和合力方向 01 PART 01 第一部分 向心力 探究新知 9 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（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。 探究新知——向心力定义 ω O G FN Ff G Ff FN ω F向= F合= Ff F向= F合= FN 探究新知——向心力的来源 θ ω θ m O r mg FN F合 O' O R θ ω m mg FN F合 F向=F合＝mg tanθ 探究新知——向心力的来源 探究新知——向心力的来源 ⑴向心力是根据效果命名的力，并不是一种新的性质的力。 ⑵向心力的来源：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。 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。 探究新知——归纳总结 探究新知——典例解析 D 【典例1】一小球沿光滑的漏斗壁在某一水平面内做匀速圆周运动。关于小球的受力，下列说法正确的是（　　） A．小球受到重力和离心力 B．小球受到重力、支持力和向心力 C．小球的向心力是由支持力提供的 D．小球的向心力是由重力和支持力的合力提供的 探究新知——典例解析 【答案】D 【详解】由于漏斗壁光滑，所以小球受到重力和支持力作用，向心力只是效果力，小球的向心力是由重力和支持力的合力提供。 故选D。 02 PART 02 第二部分 向心力的大小 探究新知 17 探究新知——感受向心力 实验器材：绳子、小沙袋 实验步骤： （1）在绳子的一端拴一个小沙袋，另一端握在手中，将手举过头顶，使沙袋在水平面内做圆周运动。沙袋所受的向心力近似等于手通过绳对沙袋的拉力。 探究新知——感受向心力 （2）保持沙袋转动的速度和绳的长度不变，改变沙袋的质量，感受向心力的变化。 （3）保持绳的长度和沙袋的质量不变，改变沙袋转动的速度，感受向心力的变化。 （4）保持沙袋的质量和沙袋转动的速度不变，改变绳的长度，感受向心力的变化。 探究新知——感受向心力 实验结论：做圆周运动的物体所受向心力的大小与物体的质量、速度、轨道半径等因素有关系。 思考：向心力的大小与物体的质量、速度、轨道半径有什么样关系呢？ 我们可以通过向心力演示器对此进行更深入的研究。 1.实验器材 探究新知——用向心力演示器探究向心力的大小 2.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。 探究新知——用向心力演示器探究向心力的大小 3.实验探究 方法：控制变量法 探究新知——用向心力演示器探究向心力的大小 4.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 探究新知——用向心力演示器探究向心力的大小 4.数据分析 探究新知——用向心力演示器探究向心力的大小 实验结论： ①在质量和半径一定的情况下，向心力的大小与角速度的平方成正比。 ②在质量和角速度一定的情况下，向心力的大小与半径成正比。 ③在半径和角速度一定的情况下，向心力的大小与质量成正比。 5.向心力大小计算公式： 探究新知——用向心力演示器探究向心力的大小 探究新知——用圆锥探究向心力的大小 探究新知——用传感器探究向心力的大小 探究新知——典例解析 C 【典例2】如图所示，甲、乙两人正在玩跷跷板游戏。若甲、乙质量的比值为p，到转轴的距离的比值为q，则甲、乙向心力大小的比值为（　　） A． B． C． D． 探究新知——典例解析 【答案】C 【详解】甲、乙两人同轴转动，角速度相同，由向心力公式可得：甲、乙向心力大小的比值为 【典例3】如图，甲为向心力演示器，通过改变左右两侧塔轮的半径之比来改变两侧的角速度之比，利用标尺可以显示小球做圆周运动时所受的向心力大小。现将质量相同的两小球分别放在长槽的挡板B处和短槽的挡板C处，二者到各自转轴距离之比为2:1，传动皮带连接的两侧变速塔轮的半径之比也是2:1，俯视图如图乙所示。则两侧标尺显示的两球向心力的大小之比为（　　） A．1:1 B．1:2 C．4:1 D．8:1 探究新知——典例解析 B 探究新知——典例解析 【答案】B 【详解】传动皮带连接的两侧变速塔轮边缘点的线速度大小相等，由于半径之比为2:1，根据可知，左右塔轮转动的角速度之比为1:2，则两小球转动的角速度之比为1:2，根据可知，两球角速度之比为1:2，转动半径之比为2:1，则向心力之比为1:2。 故选B。 03 PART 03 第三部分 变速圆周运动和一般曲线运动的受力特点 探究新知 33 ①链球旋转过程中，链球的速度大小如何变化？ ②你认为链球在旋转过程过程中，其所受绳的拉力方向与速度方向是垂直的关系吗？ 探究新知——思考与讨论 F Fn Ft 结论：同时具有向心加速度和切向加速度的圆周运动就是变速圆周运动 ，匀速圆周运动切向加速度为零。 加速 Ft ——切向分力，它产生切向加速度，改变速度的大小。 Fn ——向心分力，它产生向心加速度，改变速度的方向。 探究新知——做变速圆周运动的物体所受的力 当物体做圆周运动的线速度逐渐减小时，物体所受合力的方向与速度方向的夹角是大于90°还是小于90°呢？ F Fn Ft v0 大于90° Ft与物体运动的速度反向，使得物体的速度越来越小；Fn指向圆心，提供物体做圆周运动所需的向心力，改变物体速度的方向。 探究新知——思考与讨论 （1）定义：运动轨迹既不是直线也不是圆周的曲线运动，可以称为一般的曲线运动。 （2）研究方法：采用圆周运动的分析方法来处理 r1 r2 探究新知——一般的曲线运动 （3）处理方法： 把一般曲线分割为许多很短的小段，每一段都可以看作圆周的一部分.这样，在分析质点经过曲线上某位置的运动时，就可以采用圆周运动的分析方法进行处理了. r1 r2 探究新知——一般的曲线运动 课堂小结 1．如图所示，杂技演员进行表演时，可以悬空靠在匀速转动的圆筒内壁上而不掉下来。该演员（　　） A．受到4个力的作用 B．所需的向心力由重力提供 C．圆筒的角速度越大，演员所受的支持力越大 D．圆筒的角速度越大，演员所受的静摩擦力越大 课堂练习 C 课堂练习 【答案】C 【详解】A．根据受力分析可知，杂技演员受重力、支持力和竖直向上的摩擦力，共三个力，A错误； B．指向圆心的只有支持力，因此是支持力提供向心力，B错误； CD．圆筒的角速度越大，所需的向心力越大，因此演员所受的支持力越大，而摩擦力与重力在竖直方向上，两者平衡，因此静摩擦力大小不变，C正确，D错误。 故选C。 课堂练习 B 2．下面关于向心力的论述中不正确的是（　　） A．向心力的方向始终沿着半径指向圆心，所以是一个变力 B．做匀速圆周运动的物体，除了受到别的物体对它的作用力外，还一定要受到一个向心力的作用 C．向心力可以是重力、弹力、摩擦力中的某一个力，也可以是这些力中某几个力的合力 D．向心力只改变物体运动的方向，不改变物体运动的快慢 课堂练习 【答案】B 【详解】A．向心力的方向始终沿着半径指向圆心，方向时刻都在变化，所以是一个变力，故A正确； B．做匀速圆周运动的物体，受到别的物体对它的作用力，这个作用力提供向心力，在受力分析时不能认为物体同时受作用力和向心力，故B错误； C．向心力可以是重力、弹力、摩擦力中的某一个力，也可以是这些力中某几个力的合力，故C正确； D．向心力方向始终垂直于线速度方向，所以只改变物体运动的方向，不改变物体运动的快慢，故D正确。 故选B。 3．如图所示的向心力演示器在探究钢球做圆周运动所需向心力大小的影响因素，当两钢球质量、运动半径均相同，标尺上露出的格数比为1∶4时，不计钢球与槽的摩擦，则（　　） A．两钢球绕各自转轴转动的角速度之比为1∶2 B．两钢球绕各自转轴转动的角速度之比为2∶1 C．与皮带连接的两个变速塔轮的半径之比为4∶1 D．与皮带连接的两个变速塔轮的半径之比为1∶2 课堂练习 A 课堂练习 【答案】A 【详解】AB．当两钢球质量、运动半径均相同，标尺上露出的格数比为1∶4时，两球的向心力之比为1∶4，根据公式可得解得两钢球绕各自转轴转动的角速度之比为故A正确，B错误。 CD．与皮带连接的两个变速塔轮的线速度大小相等，根据公式可得与皮带连接的两个变速塔轮的半径之比为故CD错误。 故选A。 课堂练习 A 4．小王沿一圆形花坛匀速跑步（做匀速圆周运动），若当他运动的半径不变，角速度增大为原来的2倍时，向心力的大小比角速度增大前的向心力大45N，则小王在角速度增大前的向心力大小为（　　） A．15N B．30N C．45N D．60N 课堂练习 【答案】A 【详解】设小王运动的半径不变为r，质量为m，小王在角速度增大前的向心力大小为F，则有角速度增大为原来的2倍时，向心力大小由题意可知且联立解得， 故选A。 5．如图，一个小球在细线的牵引下，在水平光滑桌面上绕一个点做匀速圆周运动。下列说法正确的是（　　） A．小球的线速度越小，细线越容易断 B．小球的角速度越小，细线越容易断 C．小球的周期越小，细线越容易断 D．小球的质量越小，细线越容易断 课堂练习 C 课堂练习 【答案】C 【详解】细绳的拉力充当小球做圆周运动的向心力，则可知 A．小球的线速度越大，细绳的拉力F越大，细线越容易断，选项A错误； B．小球的角速度越大，细绳的拉力F越大，细线越容易断，选项B错误； C．小球的周期越小，细绳的拉力F越大，细线越容易断，选项C正确； D．小球的质量越大，细绳的拉力F越大，细线越容易断，选项D错误。 故选C。 布置作业 1.认真阅读课本本节内容，并完成课后“练习与应用”； 2.完成分层作业。 谢谢聆听 鼎力物理制作，盗版必究 谢谢聆听 Lavf58.12.100 Lavf58.20.100 Bilibili VXCode Swarm Transcoder v0.7.1 Lavf58.12.100 Lavf58.20.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 $