【物理】向心力 課件-2023-2024學(xué)年高一下學(xué)期物理人教版（2019）必修第二冊

6.2向心力1.理解向心力的概念及其表達(dá)式的確切含義。2.感受影響向心力大小的因素，通過實(shí)驗(yàn)探究它們之間的關(guān)系。3.掌握向心力的表達(dá)式，能夠計(jì)算簡單情境中的向心力。4.知道變速圓周運(yùn)動和一般曲線運(yùn)動的受力特點(diǎn)。自然界有各種各樣的圓周運(yùn)動或近似圓周運(yùn)動，比如地球繞太陽轉(zhuǎn)動，游樂場中摩天輪的轉(zhuǎn)動，鐘擺的擺動等······以上運(yùn)動及其他你身邊的圓周運(yùn)動，你能發(fā)現(xiàn)做圓周運(yùn)動的物體受力有什么特點(diǎn)嗎？一、向心力問題1：在水平桌面上釋放小車時，小車做什么運(yùn)動？受什么力？做直線運(yùn)動，受重力、支持力、牽引力、阻力問題2：如果在小車后系一根輕繩，輕繩另一端用圖釘固定在桌面上。讓小車沿著與圖釘連線的垂直方向開始運(yùn)動，觀察在細(xì)繩伸直之前小車做什么運(yùn)動？細(xì)繩伸直之后小車做什么運(yùn)動？伸直前做直線運(yùn)動、伸直后做圓周運(yùn)動【交流討論】問題3：分析前后兩種運(yùn)動中小球的受力有何變化？直線運(yùn)動時牽引力和阻力均與速度共線圓周運(yùn)動時小車除了受到牽引力和阻力外還受到繩子的拉力，且拉力指向圓心與速度垂直問題4：根據(jù)力和運(yùn)動的關(guān)系我們能得出什么結(jié)論？做圓周運(yùn)動的物體所受外力與速度不共線，且需要一個指向圓心的力——向心力GFfFNω問題5：物塊隨著圓桶一起勻速轉(zhuǎn)動時，物塊向心力的來源?物塊做勻速圓周運(yùn)動時，合力提供向心力，即桶對物塊的支持力。地球?qū)υ虑虻囊κ沟厍蜃鰟蛩賵A周運(yùn)動問題6：月球繞地球公轉(zhuǎn)的向心力來源？vF問題7：空中飛椅游戲中飛椅與人的向心力來源？θθmgFNF合空中飛椅游戲中飛椅與人的向心力是合力1.定義：做勻速圓周運(yùn)動的物體所受的合力總指向圓心，這個指向圓心的力就叫作向心力?！臼崂砩罨?.方向：向心力的方向始終指向圓心，由于方向時刻改變，所以向心力是變力。3.效果力：向心力不是物體額外受到的力，它是由某個力或者幾個力的合力提供的，是根據(jù)力的作用效果命名的。4.向心力的作用效果：由于向心力始終指向圓心，其方向與物體運(yùn)動方向始終垂直，故向心力不改變線速度的大小，只改變線速度的方向。5.向心力的來源：物體做圓周運(yùn)動時，向心力由物體所受力中沿半徑方向的力提供。注意：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，受力分析時不能添加向心力。1.提出問題：我們知道了物體做圓周運(yùn)動需要向心力，那向心力的大小是多大呢？向心力與我們上一節(jié)所學(xué)的線速度、角速度、半徑等因素存在怎樣的關(guān)系呢？二、向心力的大小【交流討論】2.分組實(shí)驗(yàn)（感受向心力與角速度和半徑的關(guān)系）：如圖所示，繩子的一端拴一個小球，繩上離小球重心20cm的地方打一個繩結(jié)A，40cm的地方打另一個繩結(jié)B，一位同學(xué)操作，另一位同學(xué)計(jì)時。AB2.分組實(shí)驗(yàn)（感受向心力與角速度和半徑的關(guān)系）操作1：手握繩結(jié)A，使小球在水平方向做勻速圓周運(yùn)動，每秒運(yùn)動1周。體會此時繩子拉力大小。操作3：改為手握繩結(jié)B，使小球在水平方向上每秒運(yùn)動2周。體會此時繩子拉力大小。操作2：手握繩結(jié)A，使小球在水平方向上每秒運(yùn)動2周。體會此時繩子拉力大小。AB問題1：物體做圓周運(yùn)動所需要的向心力大小可能會與哪些因素有關(guān)？問題2：要研究向心力大小與幾個物理量的關(guān)系，應(yīng)采用什么實(shí)驗(yàn)方法？可能與圓周運(yùn)動的角速度、半徑、物體的質(zhì)量有關(guān)控制變量法AB3.利用向心力演示儀探究向心力大小與其影響因素的關(guān)系（1）認(rèn)識向心力演示儀1：轉(zhuǎn)動手柄2、3：變速塔輪4、5：長短槽6、橫臂擋板7、8：向心力大小標(biāo)尺問題3：如何控制變量？（1）研究向心力與質(zhì)量的關(guān)系時，如何保證線速度與半徑相同？（2）研究向心力與線速度關(guān)系時，如何保證質(zhì)量與半徑相同？將質(zhì)量相同的小球放置于轉(zhuǎn)動槽相同位置處，改變皮帶連接的塔輪半徑將小球放置于轉(zhuǎn)動槽相同位置處，皮帶連接兩相同大小的變速塔輪，使用質(zhì)量不同的小球（3）研究向心力與半徑的關(guān)系時，如何保證線速度與質(zhì)量相同？（4）如何研究向心力與角速度的關(guān)系將一個小球放置于轉(zhuǎn)動槽中，改變塔輪的轉(zhuǎn)速，發(fā)現(xiàn)角速度越大，向心力越大將質(zhì)量相同小球A和B放置于轉(zhuǎn)動槽的不同位置,球A和球B所處的半徑為2:1，若要保證兩球的線速度相同，需要球A和球B所處兩塔輪的角速度之比為1:2，即皮帶應(yīng)連接兩個半徑為2:1的塔輪根據(jù)實(shí)驗(yàn)，你能得到什么結(jié)論1.線速度和半徑一定時，向心力和質(zhì)量成正比2.質(zhì)量和半徑一定時，向心力和線速度的平方成正比3.線速度和質(zhì)量一定時，向心力和半徑成反比4.角速度和質(zhì)量一定時，向心力和半徑成正比問題4：你能寫出向心力的大小計(jì)算公式嗎？問題5：根據(jù)推導(dǎo)，向心力與線速度的關(guān)系式是什么？4.實(shí)際應(yīng)用：在光滑的水平面上，用長為l的細(xì)線拴一質(zhì)量為m的小球，以角速度ω做勻速圓周運(yùn)動，如何做線易被拉斷？若m、ω不變，l越大線越易被拉斷；若l、ω不變，m越大線越易被拉斷；若m、l不變，ω越大線越易被拉斷。問題1：蕩秋千是小朋友很喜歡的游戲，當(dāng)秋千向下蕩時，小朋友做的是勻速圓周運(yùn)動還是變速圓周運(yùn)動？三、變速圓周運(yùn)動和一般曲線運(yùn)動的受力特點(diǎn)交流討論

小朋友做的是變速圓周運(yùn)動問題2：繩子拉力與重力的合力指向懸掛點(diǎn)嗎？運(yùn)動過程中，公式

還適用嗎？小朋友蕩到最低點(diǎn)時，繩子拉力與重力的合力指向懸掛點(diǎn)。公式

仍然適用。mgF1其他位置，合力不指向懸掛點(diǎn)。mgF2問題3：向心力公式對變速圓周運(yùn)動成立嗎？成立。向心力公式不僅適用于勻速圓周運(yùn)動，也適用于變速圓周運(yùn)動和一般的曲線運(yùn)動。問題4：讓小球在豎直面內(nèi)做圓周運(yùn)動，分析什么情況下質(zhì)點(diǎn)做速度越來越大的圓周運(yùn)動，什么情況下質(zhì)點(diǎn)做速度越來越小的圓周運(yùn)動？合力與速度的夾角為銳角時，質(zhì)點(diǎn)的速度越來越大合力與速度的夾角為鈍角時，質(zhì)點(diǎn)的速度越來越小mgF1v1mgv2F2mgv3F3mgv4F4加速減速1.變速圓周運(yùn)動變速圓周運(yùn)動所受合外力一般不等于向心力，合外力一般產(chǎn)生兩個方面的效果：（1）合外力F跟圓周相切的分力Ft，只改變速度的大?。?）合外力F指向圓心的分力Fn，只改變速度的方向【梳理深化】2.一般曲線運(yùn)動的處理方法

一般曲線運(yùn)動，可以把曲線分割成許多很短的小段，每一小段可看作一小段圓弧。圓弧彎曲程度不同，表明它們具有不同的半徑。這樣，質(zhì)點(diǎn)沿一般曲線運(yùn)動時，可以采用圓周運(yùn)動的分析方法進(jìn)行處理。1.（多選）關(guān)于向心力的說法中正確的是（

）A.物體由于做圓周運(yùn)動而產(chǎn)生了一個向心力B.向心力不改變圓周運(yùn)動中物體線速度的大小C.做勻速圓周運(yùn)動的物體其向心力即為其所受的合外力D.做圓周運(yùn)動的物體所受各力的合力一定充當(dāng)向心力BC2.質(zhì)量不計(jì)的輕質(zhì)彈性桿P插在桌面上，桿端套有一個質(zhì)量為m的小球，今使小球沿水平方向做半徑為R的勻速圓周運(yùn)動，角速度為ω，如圖所示，則桿的上端受到的作用力大小為（）A．B．C．D．不能確定CmgF3.如圖所示，物塊P置于水平轉(zhuǎn)盤上隨轉(zhuǎn)盤一起運(yùn)動，圖中c方向沿半徑指向圓心，a方向與c方向垂直。當(dāng)轉(zhuǎn)盤逆時針轉(zhuǎn)動時，下列說法正確的是（）A.當(dāng)轉(zhuǎn)盤勻速轉(zhuǎn)動時，P受摩擦力方向?yàn)閏B.當(dāng)轉(zhuǎn)盤勻速轉(zhuǎn)動時，P不受轉(zhuǎn)盤的摩擦力C.當(dāng)轉(zhuǎn)盤加速轉(zhuǎn)動時，P受摩擦力方向可能為aD.當(dāng)轉(zhuǎn)盤減速轉(zhuǎn)動時，P受摩擦力方向可能為bA4.如圖所示,旋轉(zhuǎn)木