湖北省荆州市沙市第五中学高中物理 5.6向心力导学案 新人教版必修2.doc

5.1曲线运动 导学案命制学校：沙市五中命制教师：学习目标：1理解向心力的概念及其表达式的确切含义2知道向心力大小与哪些因素有关，并能用来进行计算3知道向心力是效果力，理解力是产生加速度的原因，理解做圆周运动供等于需的思想学习重点：1明确向心力的意义、作用、公式及其变形2理解向心力是效果力是某个力或几个力沿半径方向的合力提供的学习难点：1明确向心力的意义、作用、公式及其变形2理解向心力是效果力是某个力或几个力沿半径方向的合力提供的学法指导：实验探究法、讨论交流与练习法知识链接1 描述机械运动的方法和物理量2 如何研究直线运动自主学习一、向心力1定义：做匀速圆周运动的物体受到的产生_的合力2作用效果：产生_，不断改变物体线速度的_3方向：向心力的方向始终指向_它的方向时刻发生变化，所以向心力是_4大小：fn_或fn_.5向心力的来源：向心力是_，凡是使物体产生_的外力均可称为向心力；匀速圆周运动的物体向心力就是物体所受的_二、变速圆周运动和一般曲线运动1变速圆周运动所受的合外力不等于向心力合外力产生两个作用效果合外力f跟圆周相切的分力ft，此力产生_，描述速度大小变化快慢；合外力f跟圆周切线垂直而指向圆心的分力fn，此力产生_描述速度方向变化快慢2一般曲线运动的处理方法：一般曲线运动中，可以把曲线分割成许多极短的小段每一小段可看作一段_这样，一般的曲线运动就可以采用对圆周运动的处理方法进行处理思考与讨论做匀速圆周运动和非匀速圆周运动的物体，所受的合外力各自产生怎样的作用效果？其合外力与向心力的关系各是怎样的？合作探究一、向心力用轻绳一端拴一个小物体，另一端用手拉着，使小物体在光滑水平面上做圆周运动，当小物体转得快时，手的拉力就大，小物体转得慢时，手的拉力就小，说明手的拉力是物体做圆周运动的向心力，与物体转得快慢有关而绳的拉力总是沿绳的轴线指向绳收缩的方向，即时刻是指向圆心的1向心力：做匀速圆周运动的物体，只有向心加速度，根据牛顿第二定律，这个加速度一定是由于它受到了指向圆心的合力，这个力叫作向心力2向心力的大小根据牛顿第二定律，fma和an，an2r得，向心力大小fnm2r.fnman是矢量式，还包含了方向关系，合力的方向就是加速度方向，既然加速度始终指向圆心，那么合外力也始终指向圆心，所以可以以其特殊的效果给做匀速圆周运动的物体受到的合外力命名为向心力向心力是按力的作用效果命名的3向心力的方向总是沿半径指向圆心，方向时刻改变，所以向心力是变力4向心力的来源向心力是根据力的作用效果命名的，凡是产生向心加速度的力，不管属于哪种性质，都是向心力，它可以是重力、弹力、摩擦力等，也可以是它们的合力，还可以是某个力的分力5从动力学角度如何处理匀速圆周运动？(1)指导思路：凡是做匀速圆周运动的物体一定需要向心力，而物体所受的合外力充当向心力，这是处理该类问题的理论基础(2)明确研究对象：明确物体做匀速圆周运动的轨迹平面对研究对象进行受力分析，画出受力示意图(3)在垂直轨迹平面方向上的外力的合力一定为零，跟轨迹平面在同一平面上的外力可分解为沿半径方向和沿切线方向的分力(4)列出方程：垂直圆周轨迹平面的合力f合0.跟圆周平面在同一平面的外力fnmm2rmr，ft0.(5)解方程求出结果典例1长为l的细线，拴一质量为m的小球，一端固定于o点让其在水平面内做匀速圆周运动(这种运动通常称为圆锥摆运动)，如右图所示当摆线l与竖直方向的夹角是时，求：(1)线的拉力f；(2)小球运动的线速度的大小；(3)小球运动的角速度及周期巩固练习1如右图所示，小物体a与圆盘保持相对静止，跟着圆盘一起做匀速圆周运动，则()aa受重力、支持力ba受重力、支持力和指向圆心的摩擦力ca受重力、支持力、向心力、摩擦力d以上均不正确二、变速圆周运动和一般的曲线运动1变速圆周运动：物体做圆周运动，它的线速度大小不断改变，这种圆周运动称为变速圆周运动做变速圆周运动的物体所受合力并不指向圆心，这个力f可以分解成互相垂直的两个分力，跟圆周相切的分力ft和指向圆心的分力fn.fn产生向心加速度与速度垂直，改变速度的方向ft产生切向加速度，切向加速度与物体的速度在一条直线上，它改变了速度的大小物体做变速圆周运动时，合外力的方向与速度方向夹角小于90，如图所示，其中ft只改变v的大小，使速度增加，fn产生向心加速度，改变速度方向同理，f与v夹角大于90时，ft使v减小，fn改变速度方向，如图所示2一般曲线运动运动轨迹既不是直线也不是圆周的曲线运动，称为一般曲线运动，在复杂的曲线运动中取一小段研究，每一小段都可以看成是圆周的一部分，这些圆弧的弯曲程度不同，圆心不同，注意到这个区别以后，在分析质点经过曲线上某位置的运动时，就可以采用圆周运动的方法进行研究，如下图3圆周运动与曲线运动向心力公式fnmv2/r，其意义是：质量为m的物体，在半径为r的圆周上以速率v做匀速圆周运动，所需的向心力大小是mv2/r，同样道理fnm2r，其意义是：质量为m的物体在半径为r的圆周上以角速度做匀速圆周运动，所需的合外力是m2r，如果物体所受的合外力大小不满足mv2/r或m2r等，方向不总是垂直于线速度的方向，物体就会偏离圆轨道做一般的曲线运动典例2一辆汽车在水平公路上转弯，沿曲线由m向n行驶，速度逐渐增加，下图中分别画出了汽车转弯时所受合力f的四种方向，下列选项中正确的是()巩固练习2如图所示，一小球用细绳悬挂于o点，将其拉离竖直位置一个角度至a点后释放，则小球以o为圆心，做圆周运动的过程中，下列说法正确的是()a小球运动过程中重力和绳的拉力的合力提供向心力b重力沿绳方向分力和绳的拉力的合力提供向心力c小球由a到b的过程中速度不断增大，向心力不断增大d小球在b点所受向心力为重力和绳的拉力的合力典例3在光滑水平桌面上有一光滑小孔o，一根轻绳穿过小孔，一端连接质量为m1 kg的小球a，另一端连接质量m4 kg的物体b，如图所示(1)当球a沿半径为r0.1 m的圆做匀速圆周运动，其角速度为10 rad/s