2.2 匀速圆周运动的向心力和向心加速度 课件 -2025-2026学年高一下学期物理教科版必修第二册

该高中物理课件聚焦匀速圆周运动的向心力和向心加速度，通过思维引导从圆周运动是变速运动切入，结合小球圆周运动的体验与交流实验，引导学生感知向心力存在，再经常见实例分析来源，构建从现象到本质的学习支架。 其亮点在于以科学探究为核心，通过向心力演示仪的控制变量法实验验证大小影响因素，结合公式推导与讨论培养科学思维，典例分析（如圆筒游乐项目、飞机盘旋）深化物理观念。学生能通过体验与实例理解概念，教师可依托丰富素材落实探究式教学，提升教学效果。

第二节匀速圆周运动的向心力和向心加速度 一、 向心力——向心力的来源 【思维引导】 圆周运动是变速运动，因此圆周运动肯定有加速度，由牛顿运动定律知：物体做圆周运动，必然要受到外力的作用。 那么，是怎样的力使物体做圆周运动呢？ 【实验探究】 在下列圆周运动中，感受…… 【体验与交流】 1.小球做圆周运动时，你牵绳的手有什么感觉？ 2.如果突然松手，将会发生什么现象？ 3.小球在杯中做圆周运动时，你握杯的手有什么感觉？ 4.如果突然将杯子提开，将会发生什么现象？ 【结论】 做匀速圆周运动的物体，一定需要沿半径指向圆心的力的作用。这个力称为“向心力”。常记为F向。 弯道跑技术 【常见匀速圆周运动向心力的来源分析】 【说明】 向心力是按效果命名的力，向心力可以由某个力充当，可以是几个力的合力充当，也可以是某个力的分力充当。 受力分析时不单独分析向心力。 小球在空中做匀速圆周运动 【课堂练习】 请分析以下圆周运动的向心力的来源。 向心力演示仪 ——控制变量法 二、实验验证向心力的大小 【实验现象】 (1)角速度ω相同，半径r相同，质量m越大，向心力越大； (2)质量m相同，半径r相同，角速度ω越大，向心力越大； (3)角速度ω相同，质量m相同，半径r越大，向心力越大. 向心力——向心力的大小 【可以证明】 匀速圆周运动所需的向心力的大小为： 式中m是运动物体的质量，r是运动物体转动的半径，ω是转动的角速度。 式中v是物体圆周运动线速度的大小。 【讨论】 从 看，好象F 跟r成正比，从 看，好象F 跟r成反比。你如何认识这个问题？ O F F F v v v O 二、匀速圆周运动的向心力 (1)定义：做匀速圆周运动的物体所受的 。 (2)大小： F＝ 或F＝ 。 (3)方向：始终指向圆心，总是与运动方向 ,不断变化，是变力。 (4)作用：向心力只改变速度 ，不改变速度 。 (5)圆周运动的合力与向心力的关系: 方向始终指向圆心的合力 垂直 方向 大小 mω2r 做匀速圆周运动的物体，其所受到的向心力就是它受到的合力 ； 做非匀速圆周运动的物体， 它在某一时刻受到的向心力也只是它受到的合力中指向圆心方向的一个分力 （另一个分力沿切线方向）。 9 【关于向心力的几点说明】 1.向心力是按效果命名的力，它可以是其他力的合力，也可以是某个力，还可以是某个力的分力。在对物体进行受力分析时，一定不要在物体实际所受力的基础上再加一个向心力。 2.向心力的作用效果只改变圆周运动的方向，而不改变速度的大小。 3.向心力是变力。虽然向心力的大小不变但其方向时刻改变，故匀速圆周运动是在变力作用下的曲线运动。 4.由向心力产生的向心加速度的方向总是指向圆心。 【典例】有一种游乐项目，游客进入一个大型圆筒状容器后，紧靠竖直筒壁站立。当圆筒开始转动后，转速逐渐增大，游客会感到自己被紧紧地压在筒壁上；当转速增大到一定数值时，底板突然下落了几厘米，游客们惊奇地发现自己竟然没有跟着底板一起下落！解释这一现象。 O r vA A vB B vB Δv 一、匀速圆周运动的加速度 ——向心加速度 匀速圆周运动的加速度 【说明】 ⑴匀速圆周运动的加速度是由向心力产生的，其方向必定指向圆心，所以匀速圆周运动的加速度又称为向心加速度。 ⑵向心加速度只改变速度的方向，不改变速度的大小。 ⑶向心加速度是变量，其方向是不断变化的。 （4）匀速圆周运动是非匀变速曲线运动。 匀速圆周运动是非匀变速曲线运动。 14 匀速圆周运动的特点: 线速度大小不变，方向时刻变化 ；角速度、周期、频率都恒定不变；向心力和向心加速度大小恒定不变，方向时刻改变。 匀速圆周运动的性质： （1）线速度大小不变而方向时刻改变，是变速运动； （2）向心加速度大小恒定而方向时刻改变，是非匀变速曲线运动，是变加速曲线运动； （3）匀速圆周运动具有周期性； （4）受到外力的合力大小恒定，方向总是沿半径指向圆心，方向时刻改变，合力提供向心力。 匀速圆周运动和非匀速圆周运动的区别: 匀 速圆周运动中，合外力的大小不变，方向始终与速度方向垂直且指向圆心，所以速度大小不变仅方向变化，合外力提供向心力。 变速圆周运动中，合外力不指向圆心，与速度方向不垂直，当合外力与瞬时速度之间夹角是锐角时，速率增大，当合外力与瞬时速度之间夹角是钝角时，速率减小。此时合外力可以分解为沿半径方向的分力和沿切线方向的分力，沿半径方向的分力提供向心力，改变速度的方向，沿切线方向的分力改变速度的大小。 1、 关于匀速圆周运动，下列说法正确的是 （ ） A.匀速圆周运动是匀速运动 B. 匀速圆周运动是匀变速运动 C. 匀速圆周运动是匀速率圆周运动 D. 在任意相等的时间内通过的路程相等 CD BF 3、“旋转纽扣”是一种传统游戏。如图，先将纽扣绕几圈，使穿过纽扣的两股细绳拧在一起，然后用力反复拉绳的两端，纽扣正转和反转会交替出现。拉动多次后，纽扣绕其中心的转速可达50r/s，此时纽扣上距离中心1cm处的点向心加速度大小约为( ) A.10m/s2 B. 100m/s2 C.1000m/s2 D.10000m/s2 C 4、由于高度限制，车库出入口采用图所示的曲杆道闸，道闸由转动杆OP与横杆PQ链接而成，P、Q为横杆的两个端点。在道闸抬起过程中，杆PQ始终保持水平。杆OP绕O点从与水平方向成30°匀速转动到60°的过程中，下列说法正确的是（ ） A. P点的线速度大小不变 B. P点的加速度方向不变 C. Q点在竖直方向做匀速运动 D. Q点在水平方向做匀速运动 A 5、如图所示，O、O1为两个皮带轮，O轮的半径为r，O1轮的半径为R，且R＞r，M点为O轮边缘上的一点， P点为O轮边缘上的一点，N点为O1轮上的任意一点，当皮带轮转动时(设转动过程中不打滑)，则 (　　) A．M点的向心加速度一定大于N点的向心加速度 B．M点的向心加速度一定等于N点的向心加速度 C．M点的向心加速度可能小于N点的向心加速度 D．M点的向心加速度可能等于N点的向心加速度 A 6、在如图所示的装置中，A、B 两个小球穿在光滑杆上并可沿杆滑动，两球之间用一根细线连接。甲、乙两位同学就“装 置绕轴匀速转动时，如何能使两球相对光滑杆静止”这一问题 展开讨论。甲认为，两个小球放置在任意位置都可以。乙则认为，两个小球只有放置在特定位置才可以。你赞同哪个观点？ 试为这个观点作进一步论证。 鹰盘旋时，借助垂直于翼面的升力，获得向心力 C 8、未来的星际航行中，宇航员长期处于零重力状态，为缓解这种状态带来的不适，有人设想在未来的航天器上加装一段圆柱形“旋转舱"，如图所示。当旋转舱绕其轴线匀速旋转时，宇航员站在旋转舱内圆柱形侧壁上，可以受到与他站在地球表面时相同大小的支持力。为达到上述目的，下列说法正确的是( ) A．旋转舱的半径越大，转动的角速度就应越大 B．旋转舱的半径越大，转动的角速度就应越小 C．宇航员质量越大，旋转舱的角速度就应越大 D．宇航员质量越大，旋转舱的角速度就应越小 B 9、如图所示，长为 l 的悬线一端固定在 O 点，另一端系一小球。在 O 点正下方 C 点钉一钉子，O、 C 间距离为 l/2 。把悬线另一端的小球拉到跟悬点同一水平面上无 初速度释放，小球运动到悬点正下方时悬线碰到钉子，则小球的（ ） A.线速度突然增大为原来的 2 倍 B.角速度突然增大为原来的 2 倍 C.向心加速度突然增大为原来的 2 倍 D.悬线拉力突然增大为原来的 2 倍 BC 10、如图所示，是某课外研究小组设计的可以用来测量转盘转速的装置。该装置上方是一与转盘固定在一起有横向均匀刻度的标尺，带孔的小球穿在光滑细杆上与一轻弹簧相连，弹簧的另一端固定在转动轴上，小球可沿杆自由滑动并随转盘在水平面内转动。当转盘不转动时，指针指在O处，如果转盘转动的角速度为ω1，指针指在A处，当转盘转动的角速度为ω2时，指针指在B处，设弹簧均没有超过弹性限度。则ω1与ω2的比值为（  ）。 B meq \f(v2,r) 2、下列说法中正确的是 (　　) A．物体由于做圆周运动而产生了一个指向圆心的力就是向心力 B．向心力不能改变做圆周运动物体的速度大小 C．做匀速圆周运动的物体，其向心力是不变的 D．做圆周运动的物体，其所受外力的合力的方向一定指向圆心 E．向心加速度它描述了角速度变化的快慢 F．做匀速圆周运动物体的向心加速度指向圆心 G．做变速圆周运动物体的向心加速度不指向圆心 H．公式a＝eq \f(v2,r)只适用于匀速圆周运动 7、质量为m的飞机以恒定速率v在空中水平盘旋，如图所示，其做匀速圆周运动的半径为R，重力加速度为g，则此时空气对飞机的作用力大小为 (　　) A．m B．mg C．m D．m A. B. C. D. $