人教版新教材高中物理優(yōu)質(zhì)課件第六章-圓周運(yùn)動(dòng)-第二節(jié)-向心力

第六章

圓周運(yùn)動(dòng)2.向心力第六章圓周運(yùn)動(dòng)自主預(yù)習(xí)·新知導(dǎo)學(xué)合作探究·釋疑解惑課堂小結(jié)隨

堂

練

習(xí)自主預(yù)習(xí)·新知導(dǎo)學(xué)合作探究·釋疑解惑課堂小結(jié)隨1.理解向心力的概念,會(huì)分析向心力的來源。2.知道向心力大小與哪些因素有關(guān),并能利用向心力表達(dá)式進(jìn)行計(jì)算。3.理解變速圓周運(yùn)動(dòng)中合外力的作用效果。課標(biāo)定位1.理解向心力的概念,會(huì)分析向心力的來源。課標(biāo)定位1.通過實(shí)例分析,體會(huì)向心力概念的提出過程。2.通過實(shí)驗(yàn)感受向心力的大小與哪些因素有關(guān),再通過實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步探究向心力的大小與這些物理量的定量關(guān)系,體會(huì)科學(xué)探究的研究方法。素養(yǎng)闡釋1.通過實(shí)例分析,體會(huì)向心力概念的提出過程。素養(yǎng)闡釋

自主預(yù)習(xí)·新知導(dǎo)學(xué)自主預(yù)習(xí)·新知導(dǎo)學(xué)5一、向心力1.定義:做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體所受的合力總指向圓心,這個(gè)指向圓心的力就叫作向心力。2.對(duì)于做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體,物體的速度大小不發(fā)生改變,因此,所受合力只改變速度的方向。3.在分析物體受力時(shí),能不能說物體還受一個(gè)向心力的作用?提示:不能。因?yàn)橄蛐牧κ歉鶕?jù)力的作用效果命名的,它不是某種確定性質(zhì)的力,它是由某個(gè)力或者幾個(gè)力的合力提供的。一、向心力二、向心力的大小

2.根據(jù)向心力大小的表達(dá)式,分析做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體,當(dāng)半徑比較大的時(shí)候,向心力比較大還是比較小?提示:依據(jù)向心力大小的表達(dá)式分析向心力大小時(shí)必須采用控制變量的方法,根據(jù)公式Fn=m,v一定時(shí),r越大,Fn越小;根據(jù)公式Fn=mω2r,ω一定時(shí),r越大,Fn越大。二、向心力的大小2.根據(jù)向心力大小的表達(dá)式,分析做勻速圓周3.在利用向心力演示器定量研究向心力大小與物體的質(zhì)量、速度和軌道半徑的關(guān)系時(shí),采用什么方法?提示:控制變量法。3.在利用向心力演示器定量研究向心力大小與物體的質(zhì)量、速度和三、變速圓周運(yùn)動(dòng)和一般曲線運(yùn)動(dòng)的受力特點(diǎn)1.變速圓周運(yùn)動(dòng)做變速圓周運(yùn)動(dòng)的物體的向心力一般不等于其所受合力。合力可以分解為兩個(gè)相互垂直的分力:(1)跟圓周相切的分力Ft,只改變速度的大小。(2)指向圓心的分力Fn,提供物體做圓周運(yùn)動(dòng)所需的向心力,只改變速度的方向。三、變速圓周運(yùn)動(dòng)和一般曲線運(yùn)動(dòng)的受力特點(diǎn)2.一般的曲線運(yùn)動(dòng)(1)一般的曲線運(yùn)動(dòng):運(yùn)動(dòng)軌跡既不是直線也不是圓周的曲線運(yùn)動(dòng)。(2)處理方法:可以把這條曲線分割為許多很短的小段,質(zhì)點(diǎn)在每小段的運(yùn)動(dòng)都可以看作圓周運(yùn)動(dòng)的一部分。這樣,在分析質(zhì)點(diǎn)經(jīng)過曲線上某位置的運(yùn)動(dòng)時(shí),就可以采用圓周運(yùn)動(dòng)的分析方法來處理。2.一般的曲線運(yùn)動(dòng)提示:成立。向心力公式Fn=m或Fn=mω2r不僅適用于勻速圓周運(yùn)動(dòng),也適用于變速圓周運(yùn)動(dòng)和一般的曲線運(yùn)動(dòng)。提示:成立。向心力公式Fn=m或Fn=mω2r不僅【思考討論】

1.判斷下列說法的正誤。(1)向心力和重力、彈力一樣,是性質(zhì)力。(

)(2)向心力可以是物體受到的某一個(gè)力,也可以是物體受到的合力。(

)(3)圓周運(yùn)動(dòng)中指向圓心的合力等于向心力。(

)答案:(1)×

(2)√

(3)√【思考討論】2.分析圖中小球的受力情況,說出合力的方向與線速度的方向有什么關(guān)系?合力的作用效果是什么?提示:題圖中小球受繩的拉力、水平地面的支持力和重力的作用,合力等于繩對(duì)小球的拉力。合力的方向沿半徑指向圓心,與線速度的方向垂直,合力的作用效果是改變線速度的方向。2.分析圖中小球的受力情況,說出合力的方向與線速度的方向有什3.如圖所示,用手拉細(xì)繩使小球在光滑水平地面上做勻速圓周運(yùn)動(dòng),在半徑不變的條件下,減小旋轉(zhuǎn)的角速度,感覺手拉繩的力怎樣變化?在角速度不變的條件下增大旋轉(zhuǎn)半徑,手拉繩的力怎樣變化?在旋轉(zhuǎn)半徑、角速度相同的情況下,換用不同質(zhì)量的球,手拉繩的力有什么不同?提示:變小;變大;手對(duì)質(zhì)量大的球的拉力比對(duì)質(zhì)量小的球的拉力大。3.如圖所示,用手拉細(xì)繩使小球在4.什么情況下質(zhì)點(diǎn)做速度越來越大的圓周運(yùn)動(dòng),什么情況下質(zhì)點(diǎn)做速度越來越小的圓周運(yùn)動(dòng)?提示:當(dāng)合力與速度的夾角為銳角時(shí),質(zhì)點(diǎn)做速度越來越大的圓周運(yùn)動(dòng);當(dāng)合力與速度的夾角為鈍角時(shí),質(zhì)點(diǎn)做速度越來越小的圓周運(yùn)動(dòng)。4.什么情況下質(zhì)點(diǎn)做速度越來越大的圓周運(yùn)動(dòng),什么情況下質(zhì)點(diǎn)做

合作探究·釋疑解惑知識(shí)點(diǎn)一知識(shí)點(diǎn)二知識(shí)點(diǎn)三合作探究·釋疑解惑知識(shí)點(diǎn)一知識(shí)點(diǎn)二知識(shí)點(diǎn)三16知識(shí)點(diǎn)一對(duì)勻速圓周運(yùn)動(dòng)向心力的理解問題引領(lǐng)如圖所示,汽車正在勻速率轉(zhuǎn)彎。(1)汽車的向心力是由什么力提供的?(2)物體做圓周運(yùn)動(dòng)時(shí),它所受的合力就是向心力嗎?知識(shí)點(diǎn)一對(duì)勻速圓周運(yùn)動(dòng)向心力的理解問題引領(lǐng)提示:(1)汽車勻速率轉(zhuǎn)彎,向心力由摩擦力提供。(2)不一定。在勻速圓周運(yùn)動(dòng)中,物體所受的合力就是向心力,該合力的大小不變但方向時(shí)刻改變;在非勻速圓周運(yùn)動(dòng)中,物體所受合力不指向圓心,合力沿半徑方向的分力提供向心力,改變速度的方向,合力在切線方向上的分力改變速度的大小。提示:(1)汽車勻速率轉(zhuǎn)彎,向心力由摩擦力提供。歸納提升1.向心力的特點(diǎn)(1)方向:方向時(shí)刻在變化,始終沿半徑指向圓心,與線速度的方向垂直。心力大小不變;在非勻速圓周運(yùn)動(dòng)中,其大小隨速率v的變化而變化。歸納提升心力大小不變;在非勻速圓周運(yùn)動(dòng)中,其大小隨速率v的變2.向心力的作用效果由于向心力的方向與物體運(yùn)動(dòng)方向始終垂直,故向心力不改變線速度的大小,只改變線速度的方向。3.向心力的來源幾個(gè)常見實(shí)例分析2.向心力的作用效果人教版新教材高中物理優(yōu)質(zhì)課件第六章-圓周運(yùn)動(dòng)-第二節(jié)-向心力人教版新教材高中物理優(yōu)質(zhì)課件第六章-圓周運(yùn)動(dòng)-第二節(jié)-向心力典型例題【例題1】

(多選)下列關(guān)于向心力的說法正確的是(

)A.物體由于做圓周運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生了一個(gè)向心力B.向心力不改變圓周運(yùn)動(dòng)中物體線速度的大小C.做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體其向心力即為其所受的合外力D.做圓周運(yùn)動(dòng)的物體所受各力的合力一定充當(dāng)向心力典型例題解析:物體因受向心力而做圓周運(yùn)動(dòng),A錯(cuò)誤。因向心力始終垂直于速度方向,所以它不改變線速度的大小,只改變線速度的方向,B正確。勻速圓周運(yùn)動(dòng)所受合外力指向圓心,全部用來提供向心力,C正確。非勻速圓周運(yùn)動(dòng)中,是合外力指向圓心的分力提供向心力,D錯(cuò)誤。答案:BC誤區(qū)警示向心力不是具有特定性質(zhì)的某種力,任何性質(zhì)的力都可以作為向心力,受力分析時(shí)不能添加向心力。解析:物體因受向心力而做圓周運(yùn)動(dòng),A錯(cuò)誤。因向心力始終垂直于【變式訓(xùn)練1】

有一個(gè)驚險(xiǎn)的雜技節(jié)目叫“飛車走壁”,雜技演員騎摩托車先在如圖所示的大型圓筒底部做速度較小、半徑較小的圓周運(yùn)動(dòng),通過逐步加速,圓周運(yùn)動(dòng)的半徑逐步增大,最后能以較大的速度在豎直的壁上做勻速圓周運(yùn)動(dòng),這時(shí)使摩托車和人整體做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的向心力是(

)A.圓筒壁對(duì)摩托車的靜摩擦力B.筒壁對(duì)摩托車的彈力C.摩托車本身的動(dòng)力D.重力和摩擦力的合力【變式訓(xùn)練1】有一個(gè)驚險(xiǎn)的雜技節(jié)目叫“飛車走壁”,雜技演員解析:在豎直壁上的摩托車受三個(gè)力作用,其中豎直方向上重力與摩擦力是一對(duì)平衡力,水平方向上筒壁對(duì)摩托車的彈力提供了摩托車和人整體做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的向心力,選項(xiàng)B正確。答案:B解析:在豎直壁上的摩托車受三個(gè)力作用,其中豎直方向上重力與摩知識(shí)點(diǎn)二向心力公式的應(yīng)用問題引領(lǐng)如圖所示,飛機(jī)在空中水平面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng),小球在光滑漏斗內(nèi)壁上做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。試分析:飛機(jī)和小球分別受到哪些力的作用?它們的向心力分別由什么力提供?知識(shí)點(diǎn)二向心力公式的應(yīng)用問題引領(lǐng)提示:飛機(jī)受到重力、推力、阻力和升力的作用,重力和升力的合力提供向心力;小球受漏斗內(nèi)壁的彈力和重力的作用,二者的合力提供向心力。提示:飛機(jī)受到重力、推力、阻力和升力的作用,重力和升力的合力歸納提升分析勻速圓周運(yùn)動(dòng)向心力的步驟(1)明確研究對(duì)象,對(duì)研究對(duì)象進(jìn)行受力分析,畫出受力示意圖。(2)將物體所受外力通過力的正交分解,分解到沿切線方向和沿半徑方向。(4)解方程求出結(jié)果。

歸納提升(4)解方程求出結(jié)果。典型例題【例題2】

圖甲為游樂園中“空中飛椅”的游戲設(shè)施,它的基本裝置是將繩子上端固定在轉(zhuǎn)盤的邊緣上,繩子的下端連接座椅,人坐在座椅上隨轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)而在空中飛旋。若將人和座椅看成一個(gè)質(zhì)點(diǎn),則可簡化為如圖乙所示的物理模型,其中處于水平面內(nèi)的轉(zhuǎn)盤可繞豎直轉(zhuǎn)軸OO'轉(zhuǎn)動(dòng),設(shè)繩長l=10m,質(zhì)點(diǎn)的質(zhì)量m=60kg,轉(zhuǎn)盤靜止時(shí)質(zhì)點(diǎn)與轉(zhuǎn)軸之間的距離d=4.0m,轉(zhuǎn)盤逐漸加速轉(zhuǎn)動(dòng),經(jīng)過一段時(shí)間后質(zhì)點(diǎn)與轉(zhuǎn)盤一起做勻速圓周運(yùn)動(dòng),典型例題此時(shí)繩與豎直方向的夾角θ=37°,不計(jì)空氣阻力及繩重,且繩不可伸長,sin37°=0.6,cos37°=0.8,g取10m/s2,當(dāng)質(zhì)點(diǎn)與轉(zhuǎn)盤一起做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí),求:(1)繩子拉力的大小;(2)轉(zhuǎn)盤角速度的大小。此時(shí)繩與豎直方向的夾角θ=37°,不計(jì)空氣阻力及繩重,且繩不解析:(1)如圖所示,對(duì)質(zhì)點(diǎn)進(jìn)行受力分析,圖中F為繩子的拉力,在豎直方向Fcos

37°-mg=0(2)質(zhì)點(diǎn)在水平面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng),重力和繩子拉力的合力提供向心力,根據(jù)牛頓第二定律有mgtan

37°=mω2rr=d+lsin

37°解析:(1)如圖所示,對(duì)質(zhì)點(diǎn)進(jìn)行受力分析,圖中F為繩子的拉力科學(xué)思維在解決勻速圓周運(yùn)動(dòng)的過程中,要注意以下幾個(gè)方面:(1)知道物體做圓周運(yùn)動(dòng)軌道所在的平面,明確圓心和半徑是解題的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。(2)分析清楚向心力的來源,明確向心力是由什么力提供的。(3)根據(jù)線速度、角速度的特點(diǎn),選擇合適的公式列式求解。科學(xué)思維【變式訓(xùn)練2】

如圖所示,一只質(zhì)量為m的老鷹,以速率v在水平面內(nèi)做半徑為r的勻速圓周運(yùn)動(dòng),則空氣對(duì)老鷹的作用力的大小等于(重力加速度為g)(

)【變式訓(xùn)練2】如圖所示,一只質(zhì)量為m的老鷹,以速率v在水平解析:對(duì)老鷹進(jìn)行受力分析,其受力情況如圖所示,老鷹受到重力mg、空氣對(duì)老鷹的作用力F。由題意可知,力F沿水平方向的分力提供老鷹做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力,且其沿豎直方向的分力與重力平衡,A正確。答案:A解析:對(duì)老鷹進(jìn)行受力分析,其受力情況如圖所示,老鷹受到重力m知識(shí)點(diǎn)三變速圓周運(yùn)動(dòng)及一般曲線運(yùn)動(dòng)的處理方法問題引領(lǐng)蕩秋千是小朋友很喜歡的游戲,當(dāng)秋千由上向下蕩時(shí):(1)此時(shí)小朋友做的是勻速圓周運(yùn)動(dòng)還是變速圓周運(yùn)動(dòng)?(2)繩子拉力與重力的合力指向懸掛點(diǎn)嗎?提示:(1)小朋友做的是變速圓周運(yùn)動(dòng)。(2)小朋友蕩到最低點(diǎn)時(shí),繩子拉力與重力的合力指向懸掛點(diǎn),在其他位置,合力不指向懸掛點(diǎn)。知識(shí)點(diǎn)三變速圓周運(yùn)動(dòng)及一般曲線運(yùn)動(dòng)的處理方法歸納提升1.勻速圓周運(yùn)動(dòng)和變速圓周運(yùn)動(dòng)的對(duì)比歸納提升人教版新教材高中物理優(yōu)質(zhì)課件第六章-圓周運(yùn)動(dòng)-第二節(jié)-向心力2.一般曲線運(yùn)動(dòng)的處理方法在分析質(zhì)點(diǎn)經(jīng)過曲線上某位置的運(yùn)動(dòng)時(shí),把包含該位置的曲線上的一小段看成某個(gè)圓周的一部分,對(duì)該部分用Fn=m=mrω2求解。只是不同位置對(duì)應(yīng)的“圓周運(yùn)動(dòng)”的“圓心”和“半徑”不同。2.一般曲線運(yùn)動(dòng)的處理方法典型例題【例題3】

(多選)上海磁懸浮線路最大轉(zhuǎn)彎處的半徑達(dá)到8000m,近距離用肉眼看幾乎是一條直線,而最小轉(zhuǎn)彎處的半徑也達(dá)到1300m。一個(gè)質(zhì)量為50kg的乘客隨磁懸浮列車駛過半徑為2500m的彎道,轉(zhuǎn)彎時(shí),磁懸浮列車的速率始終為360km/h。下列說法正確的是(

)A.乘客受到的向心力大小約為200NB.乘客受到的向心力大小約為500NC.乘客受到的向心力大小約為300ND.彎道半徑設(shè)計(jì)得特別長可以使乘客在轉(zhuǎn)彎時(shí)更舒適典型例題m、v保持不變的情況下,r越大乘客所受的向心力越小,在轉(zhuǎn)彎時(shí)乘客越舒適,選項(xiàng)D正確。答案:ADm、v保持不變的情況下,r越大乘客所受的向心力越小,在轉(zhuǎn)彎時(shí)模型建構(gòu)(1)物體做非勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí),在任何位置均是由沿半徑指向圓心的合力提供向心力。(2)物體做一般曲線運(yùn)動(dòng)時(shí),在每段小圓弧處仍可按圓周運(yùn)動(dòng)規(guī)律進(jìn)行處理。模型建構(gòu)【變式訓(xùn)練3】

一般的曲線運(yùn)動(dòng)可以分成很多小段,每小段都可以看成圓周運(yùn)動(dòng)的一部分,即把整條曲線用一系列不同半徑的小圓弧來代替。如圖甲所示,曲線上的A點(diǎn)的曲率圓定義為:通過A點(diǎn)和曲線上緊鄰A點(diǎn)兩側(cè)的兩點(diǎn)作一圓,在極限情況下,這個(gè)圓就叫作A點(diǎn)的曲率圓,其半徑ρ叫作A點(diǎn)的曲率半徑?，F(xiàn)將一物體沿與水平面成α角的方向以速度v0拋出,如圖乙所示。則在其軌跡最高點(diǎn)P處的曲率半徑是(

)【變式訓(xùn)練3】一般的曲線運(yùn)動(dòng)可以分成很多小段,每小段都可以人教版新教材高中物理優(yōu)質(zhì)課件第六章-圓周運(yùn)動(dòng)-第二節(jié)-向心力解析:根據(jù)運(yùn)動(dòng)的分解,物體在最高點(diǎn)的速度等于水平分速度,即為v0cos

α,最高點(diǎn)看成是向心力為重力的圓周運(yùn)動(dòng)的一答案:C解析:根據(jù)運(yùn)動(dòng)的分解,物體在最高點(diǎn)的速度等于水平分速度,即為課堂小結(jié)課堂小結(jié)46人教版新教材高中物理優(yōu)質(zhì)課件第六章-圓周運(yùn)動(dòng)-第二節(jié)-向心力隨

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習(xí)隨堂練習(xí)481.(對(duì)勻速圓周運(yùn)動(dòng)向心力的理解)(多選)對(duì)于做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體,下列判斷正確的是(

)

A.合力的大小不變,方向一定指向圓心B.合力的大小不變,方向也不變C.合力產(chǎn)生的效果既改變速度的方向,又改變速度的大小D.合力產(chǎn)生的效果只改變速度的方向,不改變速度的大小解析:物體做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí),合力充當(dāng)向心力,方向一定指向圓心,大小不變,且只改變速度的方向不改變速度的大小。答案:AD1.(對(duì)勻速圓周運(yùn)動(dòng)向心力的理解)(多選)對(duì)于做勻速圓周運(yùn)動(dòng)2.(向心力的理解及來源)(多選)下面關(guān)于向心力的敘述,正確的是(

)A.向心力的方向始終沿著半徑指向圓心,所以是一個(gè)變力B.做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體,除了受到別的物體對(duì)它的作用力外,還一定受到一個(gè)向心力的作用C.向心力可以是重力、彈力、摩擦力中的某個(gè)力,也可以是這些力中某幾個(gè)力的合力,或者是某一個(gè)力的分力D.向心力只改變物體速度的方向,不改變物體速度的大小2.(向心力的理解及來源)(多選)下面關(guān)于向心力的敘述,正確解析:向心力是根據(jù)力的作用效果來命名的,它可以是物體受的某一個(gè)力,也可以是某幾個(gè)力的合力,或者是某一個(gè)力的分力,因此,在進(jìn)行受力分析時(shí),不能再分析向心力。向心力時(shí)刻指向圓心,與速度垂直,所以向心力只改變速度方向,不改變速度大小,A、C、D正確。答案:ACD解析:向心力是根據(jù)力的作用效果來命名的,它可以是物體受的某一3.(變速圓周運(yùn)動(dòng)的處理方法)在400m跑比賽中,甲、乙兩同學(xué)正以相同的速率分別通過半圓軌道上A、B兩點(diǎn),如圖所示。設(shè)甲、乙兩同學(xué)質(zhì)量相等,則此時(shí)(

)A.甲同學(xué)的向心力大B.乙同學(xué)的向心力大C.甲、乙兩同學(xué)的向心力一樣大D.條件不足,無法比較3.(變速圓周運(yùn)動(dòng)的處理方法)在400m跑比賽中,甲、乙兩解析:根據(jù)Fn=m,因rA>rB,mA=mB,vA=vB,故FB>FA,即乙同學(xué)的向心力大,故選B。答案:B解析:根據(jù)Fn=m,因rA>rB,mA=mB,vA4.(向心力公式的應(yīng)用)如圖所示,質(zhì)量為1kg的小球用細(xì)繩懸掛于O點(diǎn),將小球拉離豎直位置釋放后,到達(dá)最低點(diǎn)時(shí)的速度為2m/s,已知球心到懸點(diǎn)的距離為1m,重力加速度g取10m/s2,求小球在最低點(diǎn)時(shí)對(duì)繩的拉力大小。4.(向心力公式的應(yīng)用)如圖所示,質(zhì)量為1kg的小球用細(xì)繩解析:小球在最低點(diǎn)時(shí)做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力由重力mg和繩的拉力FT的合力提供(如圖所示),由牛頓第三定律得,小球在最低點(diǎn)時(shí)對(duì)繩的拉力大小為14

N。答案:14N解析:小球在最低點(diǎn)時(shí)做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力由重力mg和繩的拉力F人教版新教材高中物理優(yōu)質(zhì)課件第六章-圓周運(yùn)動(dòng)-第二節(jié)-向心力第六章

圓周運(yùn)動(dòng)2.向心力第六章圓周運(yùn)動(dòng)自主預(yù)習(xí)·新知導(dǎo)學(xué)合作探究·釋疑解惑課堂小結(jié)隨

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練

習(xí)自主預(yù)習(xí)·新知導(dǎo)學(xué)合作探究·釋疑解惑課堂小結(jié)隨1.理解向心力的概念,會(huì)分析向心力的來源。2.知道向心力大小與哪些因素有關(guān),并能利用向心力表達(dá)式進(jìn)行計(jì)算。3.理解變速圓周運(yùn)動(dòng)中合外力的作用效果。課標(biāo)定位1.理解向心力的概念,會(huì)分析向心力的來源。課標(biāo)定位1.通過實(shí)例分析,體會(huì)向心力概念的提出過程。2.通過實(shí)驗(yàn)感受向心力的大小與哪些因素有關(guān),再通過實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步探究向心力的大小與這些物理量的定量關(guān)系,體會(huì)科學(xué)探究的研究方法。素養(yǎng)闡釋1.通過實(shí)例分析,體會(huì)向心力概念的提出過程。素養(yǎng)闡釋

自主預(yù)習(xí)·新知導(dǎo)學(xué)自主預(yù)習(xí)·新知導(dǎo)學(xué)61一、向心力1.定義:做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體所受的合力總指向圓心,這個(gè)指向圓心的力就叫作向心力。2.對(duì)于做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體,物體的速度大小不發(fā)生改變,因此,所受合力只改變速度的方向。3.在分析物體受力時(shí),能不能說物體還受一個(gè)向心力的作用?提示:不能。因?yàn)橄蛐牧κ歉鶕?jù)力的作用效果命名的,它不是某種確定性質(zhì)的力,它是由某個(gè)力或者幾個(gè)力的合力提供的。一、向心力二、向心力的大小

2.根據(jù)向心力大小的表達(dá)式,分析做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體,當(dāng)半徑比較大的時(shí)候,向心力比較大還是比較小?提示:依據(jù)向心力大小的表達(dá)式分析向心力大小時(shí)必須采用控制變量的方法,根據(jù)公式Fn=m,v一定時(shí),r越大,Fn越小;根據(jù)公式Fn=mω2r,ω一定時(shí),r越大,Fn越大。二、向心力的大小2.根據(jù)向心力大小的表達(dá)式,分析做勻速圓周3.在利用向心力演示器定量研究向心力大小與物體的質(zhì)量、速度和軌道半徑的關(guān)系時(shí),采用什么方法?提示:控制變量法。3.在利用向心力演示器定量研究向心力大小與物體的質(zhì)量、速度和三、變速圓周運(yùn)動(dòng)和一般曲線運(yùn)動(dòng)的受力特點(diǎn)1.變速圓周運(yùn)動(dòng)做變速圓周運(yùn)動(dòng)的物體的向心力一般不等于其所受合力。合力可以分解為兩個(gè)相互垂直的分力:(1)跟圓周相切的分力Ft,只改變速度的大小。(2)指向圓心的分力Fn,提供物體做圓周運(yùn)動(dòng)所需的向心力,只改變速度的方向。三、變速圓周運(yùn)動(dòng)和一般曲線運(yùn)動(dòng)的受力特點(diǎn)2.一般的曲線運(yùn)動(dòng)(1)一般的曲線運(yùn)動(dòng):運(yùn)動(dòng)軌跡既不是直線也不是圓周的曲線運(yùn)動(dòng)。(2)處理方法:可以把這條曲線分割為許多很短的小段,質(zhì)點(diǎn)在每小段的運(yùn)動(dòng)都可以看作圓周運(yùn)動(dòng)的一部分。這樣,在分析質(zhì)點(diǎn)經(jīng)過曲線上某位置的運(yùn)動(dòng)時(shí),就可以采用圓周運(yùn)動(dòng)的分析方法來處理。2.一般的曲線運(yùn)動(dòng)提示:成立。向心力公式Fn=m或Fn=mω2r不僅適用于勻速圓周運(yùn)動(dòng),也適用于變速圓周運(yùn)動(dòng)和一般的曲線運(yùn)動(dòng)。提示:成立。向心力公式Fn=m或Fn=mω2r不僅【思考討論】

1.判斷下列說法的正誤。(1)向心力和重力、彈力一樣,是性質(zhì)力。(

)(2)向心力可以是物體受到的某一個(gè)力,也可以是物體受到的合力。(

)(3)圓周運(yùn)動(dòng)中指向圓心的合力等于向心力。(

)答案:(1)×

(2)√

(3)√【思考討論】2.分析圖中小球的受力情況,說出合力的方向與線速度的方向有什么關(guān)系?合力的作用效果是什么?提示:題圖中小球受繩的拉力、水平地面的支持力和重力的作用,合力等于繩對(duì)小球的拉力。合力的方向沿半徑指向圓心,與線速度的方向垂直,合力的作用效果是改變線速度的方向。2.分析圖中小球的受力情況,說出合力的方向與線速度的方向有什3.如圖所示,用手拉細(xì)繩使小球在光滑水平地面上做勻速圓周運(yùn)動(dòng),在半徑不變的條件下,減小旋轉(zhuǎn)的角速度,感覺手拉繩的力怎樣變化?在角速度不變的條件下增大旋轉(zhuǎn)半徑,手拉繩的力怎樣變化?在旋轉(zhuǎn)半徑、角速度相同的情況下,換用不同質(zhì)量的球,手拉繩的力有什么不同?提示:變小;變大;手對(duì)質(zhì)量大的球的拉力比對(duì)質(zhì)量小的球的拉力大。3.如圖所示,用手拉細(xì)繩使小球在4.什么情況下質(zhì)點(diǎn)做速度越來越大的圓周運(yùn)動(dòng),什么情況下質(zhì)點(diǎn)做速度越來越小的圓周運(yùn)動(dòng)?提示:當(dāng)合力與速度的夾角為銳角時(shí),質(zhì)點(diǎn)做速度越來越大的圓周運(yùn)動(dòng);當(dāng)合力與速度的夾角為鈍角時(shí),質(zhì)點(diǎn)做速度越來越小的圓周運(yùn)動(dòng)。4.什么情況下質(zhì)點(diǎn)做速度越來越大的圓周運(yùn)動(dòng),什么情況下質(zhì)點(diǎn)做

合作探究·釋疑解惑知識(shí)點(diǎn)一知識(shí)點(diǎn)二知識(shí)點(diǎn)三合作探究·釋疑解惑知識(shí)點(diǎn)一知識(shí)點(diǎn)二知識(shí)點(diǎn)三72知識(shí)點(diǎn)一對(duì)勻速圓周運(yùn)動(dòng)向心力的理解問題引領(lǐng)如圖所示,汽車正在勻速率轉(zhuǎn)彎。(1)汽車的向心力是由什么力提供的?(2)物體做圓周運(yùn)動(dòng)時(shí),它所受的合力就是向心力嗎?知識(shí)點(diǎn)一對(duì)勻速圓周運(yùn)動(dòng)向心力的理解問題引領(lǐng)提示:(1)汽車勻速率轉(zhuǎn)彎,向心力由摩擦力提供。(2)不一定。在勻速圓周運(yùn)動(dòng)中,物體所受的合力就是向心力,該合力的大小不變但方向時(shí)刻改變;在非勻速圓周運(yùn)動(dòng)中,物體所受合力不指向圓心,合力沿半徑方向的分力提供向心力,改變速度的方向,合力在切線方向上的分力改變速度的大小。提示:(1)汽車勻速率轉(zhuǎn)彎,向心力由摩擦力提供。歸納提升1.向心力的特點(diǎn)(1)方向:方向時(shí)刻在變化,始終沿半徑指向圓心,與線速度的方向垂直。心力大小不變;在非勻速圓周運(yùn)動(dòng)中,其大小隨速率v的變化而變化。歸納提升心力大小不變;在非勻速圓周運(yùn)動(dòng)中,其大小隨速率v的變2.向心力的作用效果由于向心力的方向與物體運(yùn)動(dòng)方向始終垂直,故向心力不改變線速度的大小,只改變線速度的方向。3.向心力的來源幾個(gè)常見實(shí)例分析2.向心力的作用效果人教版新教材高中物理優(yōu)質(zhì)課件第六章-圓周運(yùn)動(dòng)-第二節(jié)-向心力人教版新教材高中物理優(yōu)質(zhì)課件第六章-圓周運(yùn)動(dòng)-第二節(jié)-向心力典型例題【例題1】

(多選)下列關(guān)于向心力的說法正確的是(

)A.物體由于做圓周運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生了一個(gè)向心力B.向心力不改變圓周運(yùn)動(dòng)中物體線速度的大小C.做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體其向心力即為其所受的合外力D.做圓周運(yùn)動(dòng)的物體所受各力的合力一定充當(dāng)向心力典型例題解析:物體因受向心力而做圓周運(yùn)動(dòng),A錯(cuò)誤。因向心力始終垂直于速度方向,所以它不改變線速度的大小,只改變線速度的方向,B正確。勻速圓周運(yùn)動(dòng)所受合外力指向圓心,全部用來提供向心力,C正確。非勻速圓周運(yùn)動(dòng)中,是合外力指向圓心的分力提供向心力,D錯(cuò)誤。答案:BC誤區(qū)警示向心力不是具有特定性質(zhì)的某種力,任何性質(zhì)的力都可以作為向心力,受力分析時(shí)不能添加向心力。解析:物體因受向心力而做圓周運(yùn)動(dòng),A錯(cuò)誤。因向心力始終垂直于【變式訓(xùn)練1】

有一個(gè)驚險(xiǎn)的雜技節(jié)目叫“飛車走壁”,雜技演員騎摩托車先在如圖所示的大型圓筒底部做速度較小、半徑較小的圓周運(yùn)動(dòng),通過逐步加速,圓周運(yùn)動(dòng)的半徑逐步增大,最后能以較大的速度在豎直的壁上做勻速圓周運(yùn)動(dòng),這時(shí)使摩托車和人整體做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的向心力是(

)A.圓筒壁對(duì)摩托車的靜摩擦力B.筒壁對(duì)摩托車的彈力C.摩托車本身的動(dòng)力D.重力和摩擦力的合力【變式訓(xùn)練1】有一個(gè)驚險(xiǎn)的雜技節(jié)目叫“飛車走壁”,雜技演員解析:在豎直壁上的摩托車受三個(gè)力作用,其中豎直方向上重力與摩擦力是一對(duì)平衡力,水平方向上筒壁對(duì)摩托車的彈力提供了摩托車和人整體做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的向心力,選項(xiàng)B正確。答案:B解析:在豎直壁上的摩托車受三個(gè)力作用,其中豎直方向上重力與摩知識(shí)點(diǎn)二向心力公式的應(yīng)用問題引領(lǐng)如圖所示,飛機(jī)在空中水平面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng),小球在光滑漏斗內(nèi)壁上做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。試分析:飛機(jī)和小球分別受到哪些力的作用?它們的向心力分別由什么力提供?知識(shí)點(diǎn)二向心力公式的應(yīng)用問題引領(lǐng)提示:飛機(jī)受到重力、推力、阻力和升力的作用,重力和升力的合力提供向心力;小球受漏斗內(nèi)壁的彈力和重力的作用,二者的合力提供向心力。提示:飛機(jī)受到重力、推力、阻力和升力的作用,重力和升力的合力歸納提升分析勻速圓周運(yùn)動(dòng)向心力的步驟(1)明確研究對(duì)象,對(duì)研究對(duì)象進(jìn)行受力分析,畫出受力示意圖。(2)將物體所受外力通過力的正交分解,分解到沿切線方向和沿半徑方向。(4)解方程求出結(jié)果。

歸納提升(4)解方程求出結(jié)果。典型例題【例題2】

圖甲為游樂園中“空中飛椅”的游戲設(shè)施,它的基本裝置是將繩子上端固定在轉(zhuǎn)盤的邊緣上,繩子的下端連接座椅,人坐在座椅上隨轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)而在空中飛旋。若將人和座椅看成一個(gè)質(zhì)點(diǎn),則可簡化為如圖乙所示的物理模型,其中處于水平面內(nèi)的轉(zhuǎn)盤可繞豎直轉(zhuǎn)軸OO'轉(zhuǎn)動(dòng),設(shè)繩長l=10m,質(zhì)點(diǎn)的質(zhì)量m=60kg,轉(zhuǎn)盤靜止時(shí)質(zhì)點(diǎn)與轉(zhuǎn)軸之間的距離d=4.0m,轉(zhuǎn)盤逐漸加速轉(zhuǎn)動(dòng),經(jīng)過一段時(shí)間后質(zhì)點(diǎn)與轉(zhuǎn)盤一起做勻速圓周運(yùn)動(dòng),典型例題此時(shí)繩與豎直方向的夾角θ=37°,不計(jì)空氣阻力及繩重,且繩不可伸長,sin37°=0.6,cos37°=0.8,g取10m/s2,當(dāng)質(zhì)點(diǎn)與轉(zhuǎn)盤一起做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí),求:(1)繩子拉力的大小;(2)轉(zhuǎn)盤角速度的大小。此時(shí)繩與豎直方向的夾角θ=37°,不計(jì)空氣阻力及繩重,且繩不解析:(1)如圖所示,對(duì)質(zhì)點(diǎn)進(jìn)行受力分析,圖中F為繩子的拉力,在豎直方向Fcos

37°-mg=0(2)質(zhì)點(diǎn)在水平面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng),重力和繩子拉力的合力提供向心力,根據(jù)牛頓第二定律有mgtan

37°=mω2rr=d+lsin

37°解析:(1)如圖所示,對(duì)質(zhì)點(diǎn)進(jìn)行受力分析,圖中F為繩子的拉力科學(xué)思維在解決勻速圓周運(yùn)動(dòng)的過程中,要注意以下幾個(gè)方面:(1)知道物體做圓周運(yùn)動(dòng)軌道所在的平面,明確圓心和半徑是解題的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。(2)分析清楚向心力的來源,明確向心力是由什么力提供的。(3)根據(jù)線速度、角速度的特點(diǎn),選擇合適的公式列式求解?？茖W(xué)思維【變式訓(xùn)練2】

如圖所示,一只質(zhì)量為m的老鷹,以速率v在水平面內(nèi)做半徑為r的勻速圓周運(yùn)動(dòng),則空氣對(duì)老鷹的作用力的大小等于(重力加速度為g)(

)【變式訓(xùn)練2】如圖所示,一只質(zhì)量為m的老鷹,以速率v在水平解析:對(duì)老鷹進(jìn)行受力分析,其受力情況如圖所示,老鷹受到重力mg、空氣對(duì)老鷹的作用力F。由題意可知,力F沿水平方向的分力提供老鷹做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力,且其沿豎直方向的分力與重力平衡,A正確。答案:A解析:對(duì)老鷹進(jìn)行受力分析,其受力情況如圖所示,老鷹受到重力m知識(shí)點(diǎn)三變速圓周運(yùn)動(dòng)及一般曲線運(yùn)動(dòng)的處理方法問題引領(lǐng)蕩秋千是小朋友很喜歡的游戲,當(dāng)秋千由上向下蕩時(shí):(1)此時(shí)小朋友做的是勻速圓周運(yùn)動(dòng)還是變速圓周運(yùn)動(dòng)?(2)繩子拉力與重力的合力指向懸掛點(diǎn)嗎?提示:(1)小朋友做的是變速圓周運(yùn)動(dòng)。(2)小朋友蕩到最低點(diǎn)時(shí),繩子拉力與重力的合力指向懸掛點(diǎn),在其他位置,合力不指向懸掛點(diǎn)。知識(shí)點(diǎn)三變速圓周運(yùn)動(dòng)及一般曲線運(yùn)動(dòng)的處理方法歸納提升1.勻速圓周運(yùn)動(dòng)和變速圓周運(yùn)動(dòng)的對(duì)比歸納提升人教版新教材高中物理優(yōu)質(zhì)課件第六章-圓周運(yùn)動(dòng)-第二節(jié)-向心力2.一般曲線運(yùn)動(dòng)的處理方法在分析質(zhì)點(diǎn)經(jīng)過曲線上某位置的運(yùn)動(dòng)時(shí),把包含該位置的曲線上的一小段看成某個(gè)圓周的一部分,對(duì)該部分用Fn=m=mrω2求解。只是不同位置對(duì)應(yīng)的“圓周運(yùn)動(dòng)”的“圓心”和“半徑”不同。2.一般曲線運(yùn)動(dòng)的處理方法典型例題【例題3】

(多選)上海磁懸浮線路最大轉(zhuǎn)彎處的半徑達(dá)到8000m,近距離用肉眼看幾乎是一條直線,而最小轉(zhuǎn)彎處的半徑也達(dá)到1300m。一個(gè)質(zhì)量為50kg的乘客隨磁懸浮列車駛過半徑為2500m的彎道,轉(zhuǎn)彎時(shí),磁懸浮列車的速率始終為360km/h。下列說法正確的是(

)A.乘客受到的向心力大小約為200NB.乘客受到的向心力大小約為500NC.乘客受到的向心力大小約為300ND.彎道半徑設(shè)計(jì)得特別長可以使乘客在轉(zhuǎn)彎時(shí)更舒適典型例題m、v保持不變的情況下,r越大乘客所受的向心力越小,在轉(zhuǎn)彎時(shí)乘客越舒適,選項(xiàng)D正確。答案:ADm、v保持不變的情況下,r越大乘客所受的向心力越小,在轉(zhuǎn)彎時(shí)模型建構(gòu)(1)物體做非勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí),在任何位置均是由沿半徑指向圓心的合力提供向心力。(2)物體做一般曲線運(yùn)動(dòng)時(shí),在每段小圓弧處仍可按圓周運(yùn)動(dòng)規(guī)律進(jìn)行處理。模型建構(gòu)【變式訓(xùn)練3】

一般的曲線運(yùn)動(dòng)可以分成很多小段,每小段都可以看成圓周運(yùn)動(dòng)的一部分,即把整條曲線用一系列不同半徑的小圓弧來代替。如圖甲所示,曲線上的A點(diǎn)的曲率圓定義為:通過A點(diǎn)和曲線上緊鄰A點(diǎn)兩側(cè)的兩點(diǎn)作一圓,在極限情況下,這個(gè)圓就叫作A點(diǎn)的曲率圓,其半徑ρ叫作A點(diǎn)的曲率半徑?，F(xiàn)將一物體沿與水平面成α角的方向以速度v0拋出,如圖乙所示。則在其軌跡最高點(diǎn)P處的曲率半徑是(

)【變式訓(xùn)練3】一般的曲線運(yùn)動(dòng)可以分成很多小段,每小段都可以人教版新教材高中物理優(yōu)質(zhì)課件第六章-圓周運(yùn)動(dòng)-第二節(jié)-向心力解析:根據(jù)運(yùn)動(dòng)的分解,物體在最高點(diǎn)的速度等于水平分速度,即