海南省海口市第十四中学高中物理 第五章 曲线运动 向心力学案 新人教版必修2.doc

海南省海口市第十四中学高中物理必修二学案：第五章 曲线运动 6 向 心 力学习目标1.了解向心力的概念，知道它是根据力的作用效果命名的。2.体验向心力的存在，会分析向心力的来源。3.掌握向心力的表达式，会计算简单情景中的向心力。4.知道向心力大小与哪些因素有关。5.理解变速圆周运动中合外力与向心力的关系。6.会测量分析实验数据，获得实验结论。 重点:1.向心力的来源。 2.向心力的大小和方向。难点：1.圆锥摆实验及有关物理量的测量。 2.运用向心力、向心加速度的知识解释有关现象。 3.变速圆周运动特点及研究方法。学习过程一课前预习，自主学习（一）、向心力1.定义:做匀速圆周运动的物体受到指向_的力。2.方向:始终指向_，与线速度方向垂直。3.公式:fn= 或fn=_。4.来源(1)向心力是按照力的_命名的,物体受到指向圆心的外力均可称为向心力。(2)匀速圆周运动中向心力可能是物体所受外力的_,也可能是某个力的分力。5.作用：产生_，改变线速度的方向。6.实验验证(1)装置:细线下面悬挂一个钢球,用手带动钢球使它在某个水平面内做_,形成一个圆锥摆，如图所示。(2)计算向心力:用秒表测出钢球运动n圈所用的时间t,测出钢球做匀速圆周运动的半径r,则钢球的线速度大小v=_ 。由于预先用天平测出了钢球的质量m,代入公式 中可知钢球的向心力fn=_ 。(3)求合力:钢球在转动过程中受重力mg和细线拉力ft,通过测量轨道半径r和钢球距悬点的竖直高度h，可求出tan= ,钢球的受力如图所示。钢球所受合力f=_=_ 。(4)数据处理：比较_和_的关系。 （二）、变速圆周运动和一般的曲线运动1.变速圆周运动:变速圆周运动所受合外力_向心力,合外力产生两个方向的效果。(1)合外力f跟圆周相切的分力ft,此力只改变线速度的大小，产生_加速度，此加速度描述速度_的快慢。(2)合外力f跟圆周切线垂直而指向圆心的分力fn,此分力只改变线速度的方向，产生_加速度,此加速度描述速度_的快慢。2.一般的曲线运动的处理方法:在一般的曲线运动中,可以把曲线分割成许多很短的小段,每一小段可看做一小段_,质点沿一般曲线运动时,可以采用圆周运动的处理方法进行处理。【判一判】(1)向心力是除物体所受重力、弹力以及摩擦力以外的一种新力。( )(2)向心力的方向时刻指向圆心，方向不断变化。 ( )(3)小球做圆锥摆运动，小球受到重力、拉力和向心力的作用。( )(4)在变速圆周运动中，向心力不指向圆心。( )二课堂导学，小组合作探究主题一：向心力1.对向心力的理解(1)力是使物体产生加速度的原因，请由向心加速度的表达式写出向心力的表达式。(2)向心力的方向是怎样的？匀速圆周运动中向心力是恒力还是变力？(3)关于向心力与圆周运动的关系，有以下两种说法：a.物体因为受到指向圆心的力向心力，所以做圆周运动；b.物体因为做圆周运动，所以产生了指向圆心的力。这两种说法，你认为哪种正确？2.验证向心力的表达式探究实验：“用圆锥摆粗略验证向心力的表达式”，如图，细线下悬挂一个小钢球，用手带动小钢球使它在某个水平面内做匀速圆周运动，形成一个圆锥摆，用此圆锥摆验证向心力的表达式。进行实验并思考讨论以下问题：(1)为了验证向心力的表达式，实验中要测量、记录哪些量？(2)本实验需要验证的关系式是什么？得到的结论是什么？(3)向心力的作用效果是什么? 向心力的来源是什么? 向心力是做圆周运动的物体受到的某个真实的力吗？【探究归纳】 1.向心力的大小:2.向心力的方向:沿半径指向圆心，方向时刻改变，始终和质点的运动方向垂直，即总与圆周运动的线速度方向垂直。3.向心力是根据效果命名的力，不是物体实际受到的力。【典例1】(2012汕头高一检测)关于匀速圆周运动的向心力，下列说法正确的是( )a.向心力是指向圆心方向的合力，是根据力的作用效果命名的b.向心力可以是多个力的合力，也可以是其中一个力或一个力的分力c.在稳定的圆周运动中，向心力是一个恒力 d.向心力的效果是改变质点的线速度大小主题二：变速圆周运动和一般的曲线运动1.做变速圆周运动的物体所受的合外力的方向与速度方向垂直吗？当物体的速率增大或减小时，物体受到的合外力与瞬时速度之间的夹角分别是什么角？2.对于变速圆周运动，如何求向心力？3.对于一般的曲线运动可以求物体的向心力吗？【探究归纳】 1.变速圆周运动物体所受的合力不指向圆心，匀速圆周运动物体所受的合力指向圆心。2.处理一般的曲线运动可采用无限分割的方法，将曲线分割成许多的小段，每一小段都可以看做一段小圆弧，然后采用圆周运动的分析方法进行处理。【典例2】如图所示，某物体沿光滑圆弧轨道由最高点滑到最低点的过程中，物体的速率逐渐增大，则( )a.物体的合外力为零 b.物体的合力大小不变，方向始终指向圆心oc.物体的合外力就是向心力 d.物体的合力方向始终与其运动方向不垂直(最低点除外) 三自主归纳整理本节学习的知识四分层达标训练【基础达标】 1.(2012成都高一检测)以下关于向心力及其作用的说法中正确的是( )a.向心力既改变圆周运动物体速度的方向，又改变速度的大小b.在物体所受力中，只有指向圆心的力才是向心力c.做匀速圆周运动的物体，除了受到别的物体对它的作用力外，一定还受到一个向心力的作用d.做匀速圆周运动的物体所受的合外力即为物体的向心力2.做匀速圆周运动的物体，它所受的向心力的大小必定与( )a.线速度平方成正比b.角速度平方成正比c.运动半径成反比d.线速度和角速度的乘积成正比3.(2012安庆高一检测)在水平面上,小猴拉着小滑块做匀速圆周运动,o点为圆心，能正确地表示小滑块受到的牵引力及摩擦力ff的图是( )4.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后释放，则小球以o点为圆心做圆周运动，运动中小球所需的向心力是( )a.绳的拉力b.重力和绳拉力的合力c.重力和绳拉力的合力沿绳方向的分力d.绳的拉力和重力沿绳方向分力的合力5.质点做匀速圆周运动，当线速度为v时圆周半径为r，若保持向心力大小不变，当圆周半径为2r时，角速度应为( )a. b. c. d.6.(2012成都高一检测)如图所示，两个圆盘靠皮带传动，已知r12r2，质量为m1的物体放在圆盘o1距圆心处，质量为m2的物体放在圆盘o2的边缘处。它们随圆盘转动，且与圆盘保持相对静止。若m1= 4m2，那么( )a.m1和m2的向心力大小相等b.m1和m2的角速度相等c.m1和m2的向心加速度大小相等d.m1和m2的线速度大小相等7一位链球运动员在水平面内旋转质量为4 kg的链球,链球每1 s转一圈。转动半径为1.5 m,求：(1)链球的线速度；(2)链球做圆周运动需要的向心力。【能力提升】8.质量不计的轻质弹性杆p插在桌面上，杆端套有一个质量为m的小球，今使小球沿水平方向做半径为r的匀速圆周运动，角速度为，如图所示，则杆的上端受到的作用力大小为( )a.m2rb.c.d.不能确定9.如图所示为一个内壁光滑的圆锥，其轴线垂直于水平面，圆锥固定不动，两个质量相同的小球a、b紧贴着内壁分别在图中所示的水平面内做匀速圆周运动，则( )a.球a的线速度必大于球b的线速度b.球a的角速度必小于球b的角速度c.球a的运动周期必小于球b的运动周期d.球a对内壁的压力必大于球b对内壁的压力10.在电视上有一个“勇往直前”的节目，参加者要连续成功过几道障碍，先到达终点者获胜，其中有一种旋转障碍，要求参加者站在旋转的圆盘上，把球投入箱子里，假设参加者与圆盘间的动摩擦因数为0.6，圆盘以0.3 r/s的转速匀速转动，则参加者站在离圆盘的圆心多远的地