6.2.1向心力 导学案 -2026-2027学年高一下学期物理人教版必修第二册

该高中物理导学案聚焦“向心力”核心内容，引导学生理解向心力的定义、作用及来源，通过小球绕图钉运动实验导入，剪断细线观察运动方向，衔接匀速圆周运动知识，搭建从现象到本质的认知支架。 资料以控制变量法为主线，设计沙袋转动、向心力演示器等实验，培养科学探究能力，结合转盘巧克力、圆筒内壁物体等生活实例的例题，深化运动与相互作用的物理观念，结构化知识整理助力模型建构，提升科学思维。

6.2 向心力 [学习目标]　 1.知道向心力的定义及作用，知道它是根据力的作用效果命名的。 2.通过实验感受向心力的存在。 3.通过向心力演示器用控制变量法探究向心力大小与质量、角速度、半径的关系。 【导学】 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，小球受到哪几个力作用？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？ 【知识整理】 1．向心力 (1)定义：做匀速圆周运动的物体所受的合力总指向 ，这个指向圆心的力叫作 。 (2)无论是否为匀速圆周运动，其向心力总是沿着________指向______，方向时刻改变，故向心力是_____。 (3)向心力的作用效果——改变线速度的_____。由于向心力始终指向_____，其方向与物体运动方向始终______，故向心力不改变线速度的____。 【例题】 2．关于物体做曲线运动的规律，下列说法正确的是（　　） A．匀速圆周运动是变速运动 B．做曲线运动的物体，合外力一定是变力 C．物体做曲线运动时，其加速度方向与速度方向可能共线 D．物体做圆周运动，其合力一定指向圆心 3．水平放置的家用转盘式摆盘匀速绕中心转轴转动，摆盘上静置一颗巧克力，随摆盘一同做匀速圆周运动，则对于巧克力做匀速圆周运动的向心力描述正确的是（     ） A．重力提供 B．始终指向圆盘中心 C．方向与速度方向相同 D．由圆盘对小物体的支持力提供 【知识整理】 4．向心力的来源 (1)向心力是根据_____命名的力，并不是一种新的性质的力。 (2)向心力的来源：可以是_____、______、_____等各种性质的力，也可以是几个力的_____，还可以是某个力的_______。物体做匀速圆周运动时，由_____提供向心力。 【例题】 5．如图所示，圆筒以角速度匀速转动，一物体紧贴圆筒内壁随圆筒一起转动而未滑落。当圆筒的角速度增大到某一值时继续匀速转动，物体仍能随圆筒一起转动而未滑落，下列对物体受力分析正确的是（     ） A．弹力增大，摩擦力增大 B．弹力不变，摩擦力减小 C．弹力减小，摩擦力不变 D．弹力增大，摩擦力不变 6．如图所示，将一小球置于光滑玻璃漏斗内，给小球一个初速度，使其能沿光滑漏斗壁在某一水平面内做匀速圆周运动。下列说法正确的是（　　） A．小球受到重力、支持力和向心力 B．小球的向心力由重力和支持力的合力提供 C．小球的向心力由重力提供 D．小球重力和支持力的合力方向沿漏斗壁向下 【知识整理】 7.探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系 探究方案一：感受向心力 (1)如图所示，在绳子的一端拴一个小沙袋(或其他小物体)，另一端握在手中，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手通过绳对沙袋的 。换用不同质量的沙袋，改变沙袋转动速度和绳的长度，感受向心力的变化。 (2)如图，绳上离小沙袋重心40 cm处打一个绳结A，80 cm处打一个绳结B，学习小组中一位同学用手表计时，另一位同学操作，其余同学记录实验数据： 操作一：手握绳结A，使小沙袋在水平方向每秒运动1周，体会向心力的大小。 操作二：手握绳结B，使小沙袋在水平方向每秒运动1周，体会向心力的大小。 操作三：手握绳结A，使小沙袋在水平方向每秒运动2周，体会向心力的大小。 操作四：手握绳结A，再向小沙袋中添加少量沙子，使小沙袋在水平方向每秒运动1周，体会向心力的大小。 操作二与一相比较：质量、角速度相同，向心力的大小与转动________有关； 操作三与一相比较：质量、半径相同，向心力的大小与________有关； 操作四与一相比较：角速度、半径相同，向心力大小与________有关。 此种实验方法叫________法。 8．向心力的大小 （1）实验探究 控制变量 探究内容 m、r相同，改变ω 探究向心力Fn与_________的关系 m、ω相同，改变r 探究向心力Fn与__________的关系 ω、r相同，改变m 探究向心力Fn与___________的关系 （2）总结公式：Fn＝___________或Fn＝_________。 9．用如图所示的向心力演示器探究向心力大小的表达式。已知小球在挡板A、B、C处做圆周运动的轨迹半径之比为，回答以下问题： (1)在该实验中，主要利用了______来探究向心力与质量、半径、角速度之间的关系。 A．理想实验法 B．微元法 C．控制变量法 D．等效替代法 (2)探究向心力的大小与圆周运动半径的关系时，应选择两个质量相同的小球，分别放在挡板C与挡板________（选填A或B）处，让它们以相同角速度转动。 (3)某同学探究向心力的大小与圆周运动角速度的关系时得到如下表格中的数据： 实验次数 小球质量之比 半径之比 角速度之比 向心力大小之比F （标尺格子数） 1 1∶1 1∶1 1∶1 1∶1 2 1∶1 1∶1 1∶2 1∶4 3 1∶1 1∶1 1∶3 1∶9 根据上述数据可以得到的结论是向心力F与角速度ω的________成正比。 试卷第1页，共3页 试卷第1页，共3页 学科网（北京）股份有限公司 参考答案 1．(1) 圆心 向心力 (2) 半径 圆心 变力 (3) 方向 圆心 垂直 大小 2．A 【详解】A．速度是矢量，匀速圆周运动中，虽然速率不变，但速度方向时刻变化（沿轨迹切线方向），因此匀速圆周运动一定是变速运动，故A正确； B．物体在恒力作用下可能做曲线运动，例如做平抛运动的物体，所受合力为重力（恒力），轨迹为抛物线，故B错误； C．物体做曲线运动时，加速度方向与速度方向不可能共线；若共线，物体将做直线运动（如匀加速直线运动），而曲线运动要求加速度有垂直于速度方向的分量以改变速度方向，故C错误； D．只有匀速圆周运动的物体，合力全部提供向心力，方向指向圆心；非匀速圆周运动的物体，合力存在切向分量用来改变速度大小，合力不指向圆心，故D错误。 故选A。 3．B 【详解】A．巧克力随摆盘一同做水平面内的匀速圆周运动，受到竖直向下的重力、竖直向上的支持力和指向圆心的静摩擦力作用，其中重力与支持力相互平衡，由静摩擦力提供向心力，故A错误； B．巧克力做匀速圆周运动，向心力的方向不断发生变化，但始终指向圆周运动的圆心，即始终指向圆盘中心，故B正确； C．向心力的作用是改变速度的方向，其方向始终与线速度方向相互垂直，故C错误； D．由对A选项的分析可知，向心力由静摩擦力提供，圆盘对小物体的支持力与重力相互平衡，故D错误。 故选B。 4．(1)作用效果 (2) 重力 弹力 摩擦力 合力 分力 合外力 【详解】（1）略 （2）略 5．D 【详解】对物体，竖直方向，可知摩擦力不变；水平方向，则角速度增加，弹力变大。 故选D。 6．B 【详解】A．小球实际受到重力、漏斗壁的支持力，向心力是根据力的作用效果命名的效果力，并非小球实际受到的力，故A错误； B．小球在水平面内做匀速圆周运动，竖直方向合力为零，水平方向由重力和支持力的合力提供向心力，由牛顿第二定律得，该合力充当向心力，故B正确； C．重力方向竖直向下，无法提供水平方向的向心力，向心力由重力和支持力的合力提供，故C错误； D．匀速圆周运动的向心力沿水平方向指向圆周运动的圆心，因此重力和支持力的合力方向沿水平方向，并非沿漏斗壁向下，故D错误。 故选B。 7. 拉力 半径 角速度 质量 控制变量法 8． 角速度ω 半径r 质量m 9．(1)C (2)B (3)平方/二次方 【详解】（1）探究向心力与质量、半径、角速度三个变量的关系时，需要控制其中两个量不变，研究第三个量的影响，该实验方法为控制变量法。 故选C。 （2）探究向心力与半径的关系时，需要控制小球质量、角速度相同，改变转动半径。已知，C处半径为1，B处半径为2，可通过皮带传动让B与C以相同角速度转动，满足控制变量要求。 因此选择挡板B。 （3）质量、半径保持不变，角速度之比，向心力之比，满足，即向心力 与角速度的二次方成正比。 答案第1页，共2页 答案第1页，共2页 学科网（北京）股份有限公司 $