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

该高中物理知识清单聚焦《抛体运动》中“向心力”核心内容。从向心力的定义、方向、作用及来源入手，衔接定性（绳子小球）和定量（向心力演示器）实验探究影响因素，再通过实例分析重力、弹力等提供向心力的情况，构建从概念到实验再到应用的学习支架。 知识链路以“概念建构—实验探究—实例应用”为逻辑主线，实验设计体现控制变量法，习题结合荡秋千、圆盘转动等生活情境。通过科学探究过程培养科学思维，帮助学生深化运动与相互作用观念，掌握实验分析与问题解决的学科方法。

高中物理人教版必修第二册 第六章《抛体运动》 第2节 向心力 知识清单 知识点一 向心力 1．定义：物体做匀速圆周运动时所受合外力的方向始终指向轨迹的圆心，这个指向圆心的合外力称为向心力． 2．方向：始终沿着半径指向圆心，总是与线速度方向垂直． 3．作用：只改变物体线速度的方向，不改变线速度的大小． 4．向心力是根据力的作用效果命名的，它可以由某一个力提供，也可以由某一力的分力或某些力的合力提供． 点对点训练 1．如图，一同学表演荡秋千。已知秋千的两根绳长均为10 m，该同学和秋千踏板的总质量约为50 kg。绳的质量忽略不计。当该同学荡到秋千支架的正下方时，速度大小为8 m/s，此时每根绳子平均承受的拉力约为(　　) A．200 N B．400 N C．600 N D．800 N 知识点二 实验：用绳子和小球定性探究影响向心力大小的因素 1．实验原理 如图所示，绳子的一端系一小球，另一端用手固定，让小球在近似光滑的桌面上做匀速圆周运动，此时小球所受的向心力近似等于绳对小球的拉力． 2．实验步骤 (1)在小球的质量和做圆周运动半径不变的条件下，增大或减小小球旋转的角速度进行实验，比较向心力的大小与角速度的关系． (2)在小球的质量和旋转的角速度不变的条件下，增大或减小小球旋转的半径(改变绳长)进行实验，比较向心力的大小与半径的关系． (3)在小球旋转的半径和旋转的角速度不变的条件下，换一个质量较大的小球进行实验，比较向心力的大小与质量的关系． 点对点训练 2.如图甲所示，某实验小组探究影响向心力大小的因素．用细绳系一纸杯(杯中有30 mL的水)，将手举过头顶，使纸杯在水平面内做圆周运动． 　 (1)下列说法中正确的是________． A．保持质量、绳长不变，增大转速，绳对手的拉力将不变 B．保持质量、绳长不变，增大转速，绳对手的拉力将增大 C．保持质量、角速度不变，增大绳长，绳对手的拉力将不变 D．保持质量、角速度不变，增大绳长，绳对手的拉力将增大 (2)如图乙，绳离杯心40 cm处打一结点A,80 cm处打一结点B，学习小组中一位同学手表计时，另一位同学操作． 操作一：手握绳结A，使杯在水平面内每秒运动一周，体会向心力的大小． 操作二：手握绳结B，使杯在水平面内每秒运动一周，体会向心力的大小． 操作三：手握绳结A，使杯在水平面内每秒运动二周，体会向心力的大小． 操作四：手握绳结A，再向杯中添加30 mL的水，使杯在水平面内每秒运动一周，体会向心力的大小． 则：①操作二与一相比较：质量、角速度相同，向心力的大小与转动半径大小有关； 操作三与一相比较：质量、半径相同，向心力的大小与角速度有关； 操作四与一相比较：________________相同，向心力的大小与________有关； ②物理学中此种实验方法叫________________法． ③小组总结阶段，在空中甩动，使杯在水平面内做圆周运动的同学谈感受时说：“感觉手腕发酸，感觉力的方向不是指向圆心的向心力，而是背离圆心的力，跟书上说的不一样”，你认为该同学的说法是否正确，为什么？ 知识点三 实验：用向心力演示器定量探究 1．实验原理 向心力演示器如图甲所示，转动手柄可以使长槽和短槽分别随变速塔轮匀速转动，槽内的小球随之做匀速圆周运动，长槽和短槽的挡板为小球的运动提供向心力，小球对挡板的作用力通过杠杆结构使弹簧测力筒下降，露出标尺(如图乙)，通过标尺上红白相间等分格的数量，即可求得两个小球所受向心力大小之比． 可以调整塔轮上的皮带，使其套到半径大小不同的塔轮上，改变长短槽旋转角速度之比．也可以将小球放在长槽不同的卡位上，改变小球做圆周运动的半径． 参考上述实验仪器原理的介绍，根据实验需要测量的物理量，设计相应的实验方案，完成下列探究活动． 探究1： 保持两个小球质量m、转动半径r相同，探究两个小球所受向心力F与角速度ω之间的关系． 实验结论：在质量和运动半径一定时，向心力的大小与角速度的平方成正比． 探究2：保持运动半径和角速度相同，探究向心力F与质量之间的关系． 实验结论：在运动半径和角速度一定时，向心力的大小与质量成正比． 探究3：保持质量和角速度相同，探究向心力F与运动半径之间的关系． 参考前面的探究实验，采用控制变量法，自主完成向心力和第三个物理量之间的关系探究实验． 实验结论：在质量和角速度一定时，向心力的大小与运动半径成正比． 点对点训练 3．如图所示为改装的探究圆周运动向心力的实验装置。有机玻璃支架上固定一个直流电动机，电动机转轴上固定一个半径为r的塑料圆盘，圆盘中心正下方用细线接一个重锤，圆盘边缘连接细绳，细绳另一端连接一个小球。实验操作如下： ①利用天平测量小球的质量m，记录当地的重力加速度g的大小； ②闭合电源开关，让小球做如图所示的匀速圆周运动，调节激光笔2的高度和激光笔1的位置，让激光恰好照射到小球的中心，用刻度尺测量小球球心到塑料圆盘的竖直高度h和小球做匀速圆周运动的半径R； ③当小球第1次到达A点时开始计时，并记录为1次，记录小球n次到达A点的时间t； ④切断电源，整理器材。 请回答下列问题： (1)下列说法正确的是________。 A．小球运动的周期为 B．小球运动的线速度大小为 C．小球运动的向心力大小为 D．若电动机转速增加，激光笔1、2应分别左移、升高 (2)若已测出R＝40.00 cm、r＝4.00 cm、h＝90.00 cm、t＝100.00 s、n＝51，π取3.14，则小球做匀速圆周运动的周期T＝________s，记录的当地重力加速度大小应为g＝____________m/s2(计算结果均保留三位有效数字)。 知识点四 向心力来源的实例分析 向心力来源　 实例分析 重力提供向心力　 如图所示，用细绳拴住小球，使小球在竖直面内转动，当它经过最高点时，若细绳的拉力恰好为零，则此时向心力由小球所受的重力提供 弹力提供向心力 如图所示，绳子的一端系在光滑水平桌面上的O点，另一端系一小球，使小球在桌面上做匀速圆周运动，则小球做匀速圆周运动的向心力由绳子的拉力(弹力)提供 摩擦力提 供向心力 如图所示，木块随圆盘一起做匀速圆周运动，其所需的向心力由静摩擦力提供。木块相对圆盘的运动趋势的方向沿半径背离圆心，静摩擦力的方向与相对运动趋势的方向相反。但是，当圆盘光滑(无摩擦力)时，木块将沿切线方向飞出，说明木块相对于地面的运动趋势的方向沿切线方向，而相对于圆盘的运动趋势的方向沿半径向外 合力提 供向心力　 如图所示，细线拉住小球在竖直面内做匀速圆周运动，当小球经过最低点时，向心力由细线的拉力和小球重力的合力提供 分力提供向心力　 如图所示，小球在细线作用下，在水平面内做圆周运动时，向心力由细线的拉力在水平方向的分力提供 点对点训练 4. 一个圆盘在水平面内匀速转动，角速度是 。盘面上距圆盘中心 的位置有一个质量为 的小物体随圆盘一起做匀速圆周运动，如图所示。已知小物体与盘面间的动摩擦因数为 ，认为最大静摩擦力等于滑动摩擦力， 取 。 （1） 求小物体的线速度大小。 （2） 求小物体的向心力大小。 （3） 当圆盘的角速度增加到多大时，小物体会相对于圆盘滑动？ 点对点训练答案 1.B　[本题考查圆周运动中的受力问题。该同学在荡秋千过程中的最低点，同学和踏板整体受到的重力和两根绳的拉力的合力提供同学和踏板做圆周运动的向心力，设每根绳子上平均承受的拉力大小为F，由牛顿第二定律得2F－mg＝m，解得F＝＝×＝410 N，B正确，A、C、D错误。] 2.答案　(1)BD　(2)①角速度、半径　质量 ②控制变量 ③说法不正确．该同学受力分析的对象是自己的手，我们实验受力分析的对象是纸杯(包括水)，细绳对纸杯(包括水)的拉力提供纸杯(包括水)做圆周运动的向心力，指向圆心．细绳对手的拉力与细绳对纸杯(包括水)的拉力大小相等、方向相反，背离圆心． 3.[解析]　(1)小球从第1次通过A位置到第n次通过A位置，转动的圈数为n－1，所用时间为t，故周期T＝，A错误；小球的线速度大小v＝＝，B正确；小球受重力和拉力，二力的合力提供小球做匀速圆周运动的向心力，设细绳与竖直方向的夹角为α，则有Fn＝mg tan α＝，C错误；若电动机的转速增加，小球做匀速圆周运动所需的向心力增大，则细绳与竖直方向的夹角增大，故转动半径增大，小球球心到塑料圆盘的竖直高度减小，激光笔1、2应分别左移、升高，D正确。 (2)小球做圆周运动的周期T＝＝ s＝2.00 s；向心力Fn＝＝mR，解得g＝≈9.86 m/s2。　 [答案]　(1)BD　(2)2.00　9.86 4.[1] [解析]小物体的线速度大小 。 [2] [解析]小物体的向心力大小 。 [答案] [3]当小物体刚好相对于圆盘滑动时，最大静摩擦力提供向心力，则有 又 联立可得 。 学科网（北京）股份有限公司 $