【物理】向心力 课件-2023-2024学年高一下学期物理人教版（2019）必修第二册

6.2向心力1.理解向心力的概念及其表达式的确切含义。2.感受影响向心力大小的因素，通过实验探究它们之间的关系。3.掌握向心力的表达式，能够计算简单情境中的向心力。4.知道变速圆周运动和一般曲线运动的受力特点。自然界有各种各样的圆周运动或近似圆周运动，比如地球绕太阳转动，游乐场中摩天轮的转动，钟摆的摆动等······以上运动及其他你身边的圆周运动，你能发现做圆周运动的物体受力有什么特点吗？一、向心力问题1：在水平桌面上释放小车时，小车做什么运动？受什么力？做直线运动，受重力、支持力、牵引力、阻力问题2：如果在小车后系一根轻绳，轻绳另一端用图钉固定在桌面上。让小车沿着与图钉连线的垂直方向开始运动，观察在细绳伸直之前小车做什么运动？细绳伸直之后小车做什么运动？伸直前做直线运动、伸直后做圆周运动【交流讨论】问题3：分析前后两种运动中小球的受力有何变化？直线运动时牵引力和阻力均与速度共线圆周运动时小车除了受到牵引力和阻力外还受到绳子的拉力，且拉力指向圆心与速度垂直问题4：根据力和运动的关系我们能得出什么结论？做圆周运动的物体所受外力与速度不共线，且需要一个指向圆心的力——向心力GFfFNω问题5：物块随着圆桶一起匀速转动时，物块向心力的来源?物块做匀速圆周运动时，合力提供向心力，即桶对物块的支持力。地球对月球的引力使地球做匀速圆周运动问题6：月球绕地球公转的向心力来源？vF问题7：空中飞椅游戏中飞椅与人的向心力来源？θθmgFNF合空中飞椅游戏中飞椅与人的向心力是合力1.定义：做匀速圆周运动的物体所受的合力总指向圆心，这个指向圆心的力就叫作向心力。【梳理深化】2.方向：向心力的方向始终指向圆心，由于方向时刻改变，所以向心力是变力。3.效果力：向心力不是物体额外受到的力，它是由某个力或者几个力的合力提供的，是根据力的作用效果命名的。4.向心力的作用效果：由于向心力始终指向圆心，其方向与物体运动方向始终垂直，故向心力不改变线速度的大小，只改变线速度的方向。5.向心力的来源：物体做圆周运动时，向心力由物体所受力中沿半径方向的力提供。注意：向心力不是具有特定性质的某种力，任何性质的力都可以作为向心力，受力分析时不能添加向心力。1.提出问题：我们知道了物体做圆周运动需要向心力，那向心力的大小是多大呢？向心力与我们上一节所学的线速度、角速度、半径等因素存在怎样的关系呢？二、向心力的大小【交流讨论】2.分组实验（感受向心力与角速度和半径的关系）：如图所示，绳子的一端拴一个小球，绳上离小球重心20cm的地方打一个绳结A，40cm的地方打另一个绳结B，一位同学操作，另一位同学计时。AB2.分组实验（感受向心力与角速度和半径的关系）操作1：手握绳结A，使小球在水平方向做匀速圆周运动，每秒运动1周。体会此时绳子拉力大小。操作3：改为手握绳结B，使小球在水平方向上每秒运动2周。体会此时绳子拉力大小。操作2：手握绳结A，使小球在水平方向上每秒运动2周。体会此时绳子拉力大小。AB问题1：物体做圆周运动所需要的向心力大小可能会与哪些因素有关？问题2：要研究向心力大小与几个物理量的关系，应采用什么实验方法？可能与圆周运动的角速度、半径、物体的质量有关控制变量法AB3.利用向心力演示仪探究向心力大小与其影响因素的关系（1）认识向心力演示仪1：转动手柄2、3：变速塔轮4、5：长短槽6、横臂挡板7、8：向心力大小标尺问题3：如何控制变量？（1）研究向心力与质量的关系时，如何保证线速度与半径相同？（2）研究向心力与线速度关系时，如何保证质量与半径相同？将质量相同的小球放置于转动槽相同位置处，改变皮带连接的塔轮半径将小球放置于转动槽相同位置处，皮带连接两相同大小的变速塔轮，使用质量不同的小球（3）研究向心力与半径的关系时，如何保证线速度与质量相同？（4）如何研究向心力与角速度的关系将一个小球放置于转动槽中，改变塔轮的转速，发现角速度越大，向心力越大将质量相同小球A和B放置于转动槽的不同位置,球A和球B所处的半径为2:1，若要保证两球的线速度相同，需要球A和球B所处两塔轮的角速度之比为1:2，即皮带应连接两个半径为2:1的塔轮根据实验，你能得到什么结论1.线速度和半径一定时，向心力和质量成正比2.质量和半径一定时，向心力和线速度的平方成正比3.线速度和质量一定时，向心力和半径成反比4.角速度和质量一定时，向心力和半径成正比问题4：你能写出向心力的大小计算公式吗？问题5：根据推导，向心力与线速度的关系式是什么？4.实际应用：在光滑的水平面上，用长为l的细线拴一质量为m的小球，以角速度ω做匀速圆周运动，如何做线易被拉断？若m、ω不变，l越大线越易被拉断；若l、ω不变，m越大线越易被拉断；若m、l不变，ω越大线越易被拉断。问题1：荡秋千是小朋友很喜欢的游戏，当秋千向下荡时，小朋友做的是匀速圆周运动还是变速圆周运动？三、变速圆周运动和一般曲线运动的受力特点交流讨论

小朋友做的是变速圆周运动问题2：绳子拉力与重力的合力指向悬挂点吗？运动过程中，公式

还适用吗？小朋友荡到最低点时，绳子拉力与重力的合力指向悬挂点。公式

仍然适用。mgF1其他位置，合力不指向悬挂点。mgF2问题3：向心力公式对变速圆周运动成立吗？成立。向心力公式不仅适用于匀速圆周运动，也适用于变速圆周运动和一般的曲线运动。问题4：让小球在竖直面内做圆周运动，分析什么情况下质点做速度越来越大的圆周运动，什么情况下质点做速度越来越小的圆周运动？合力与速度的夹角为锐角时，质点的速度越来越大合力与速度的夹角为钝角时，质点的速度越来越小mgF1v1mgv2F2mgv3F3mgv4F4加速减速1.变速圆周运动变速圆周运动所受合外力一般不等于向心力，合外力一般产生两个方面的效果：（1）合外力F跟圆周相切的分力Ft，只改变速度的大小（2）合外力F指向圆心的分力Fn，只改变速度的方向【梳理深化】2.一般曲线运动的处理方法

一般曲线运动，可以把曲线分割成许多很短的小段，每一小段可看作一小段圆弧。圆弧弯曲程度不同，表明它们具有不同的半径。这样，质点沿一般曲线运动时，可以采用圆周运动的分析方法进行处理。1.（多选）关于向心力的说法中正确的是（

）A.物体由于做圆周运动而产生了一个向心力B.向心力不改变圆周运动中物体线速度的大小C.做匀速圆周运动的物体其向心力即为其所受的合外力D.做圆周运动的物体所受各力的合力一定充当向心力BC2.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ω，如图所示，则杆的上端受到的作用力大小为（）A．B．C．D．不能确定CmgF3.如图所示，物块P置于水平转盘上随转盘一起运动，图中c方向沿半径指向圆心，a方向与c方向垂直。当转盘逆时针转动时，下列说法正确的是（）A.当转盘匀速转动时，P受摩擦力方向为cB.当转盘匀速转动时，P不受转盘的摩擦力C.当转盘加速转动时，P受摩擦力方向可能为aD.当转盘减速转动时，P受摩擦力方向可能为bA4.如图所示,旋转木