第六章 第2节向心力-人教版高中物理必修第二册教学课件

第2节向心力第六章圆周运动物理新知导入

当飞椅稳定在某一个平面内做圆周运动时，飞椅与人是什么状态？与竖直悬挂不动时有什么区别？思考飞椅和人一起做匀速圆周运动的过程中，受到了哪些力？所受合力的方向有什么特点？学习目标1.通过生活实例和实验感受，知道向心力是根据力的作用效果命名的，会分析简单情境中向心力的来源，明确力与速度不共线时，物体将做曲线运动。2.通过“感受向心力”的体验性实验，体会向心力与物体质量、圆周运动的半径、转速等物理量之间的关系，得到向心力的表达式，丰富体验，培养实践意识。3.学会对物体做圆周运动的实际情境进行抽象、概括处理，掌握向心力的表达式，计算简单情境中的向心力，发展科学思维，强化建模能力。4.经历科学探究和对生活实例的理性分析，感受科学探究的魅力，认识到科学在社会生产生活中的价值。新知讲解一、向心力【实验探究】学生手拉小球在水平桌面上做匀速圆周运动。1.小球受到哪些力？2.合力什么方向？3.什么力充当合力？思考讨论新知讲解一、向心力

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。2.方向：与速度方向垂直，始终沿半径指向圆心。3.物理意义：只改变速度的方向，不改变速度的大小。新知讲解一、向心力注意：向心力是一个效果力，向心力可以是弹力、摩擦力、引力中的任一个力，也可以是某几个力的合力或者某一个力的分力。强调：在分析具体实例时应该先作受力分析，从中找出什么力提供了向心力，而不是凭空“画”出向心力。常见匀速圆周运动物体的向心力来源新知讲解一、向心力太阳对地球的引力提供向心力飞椅与人一起做圆周运动的向心力是由绳子斜向上方的拉力和所受重力的合力提供的常见匀速圆周运动物体的向心力来源新知讲解一、向心力新知讲解二、感受向心力的大小【实验探究】

手拉沙袋在空中做匀速圆周运动在物理学中，我们认识物理量时可以先定性了解，然后再探究它与不同物理量之间的定量关系。结论：向心力的大小与质量、半径以及转动的快慢有关。①当物体质量、转速一定时，半径越大，向心力越大；②当物体质量、半径一定时，转速越大，向心力越大；③当物体转速、半径一定时，质量越大，向心力越大。定性关系新知讲解三、探究向心力的表达式【实验方法】控制变量法【实验器材】向心力演示仪①探究向心力F与质量m的关系将皮带置于半径相同的变速塔轮，这样两圆盘转动的角速度相等，分别将铁球和铝球置于长槽和短槽相同半径处。匀速转动手柄，通过观察长槽、短槽对应的标尺露出的红白标记，记录铁球和铝球所受向心力的大小。可令铝球对应标尺露出一格红标记。记录铁球对应标尺标记。多次实验，记录多组数据后，用天平测量两小球质量，完成下列表格。实验组质量m/g标尺标记标尺标记标尺标记铁球

一红标记一红一白标记二红一白标记铝球

新知讲解三、探究向心力的表达式新知讲解三、探究向心力的表达式②探究向心力F与转动半径r的关系将皮带置于半径相同的变速塔轮，这样两圆盘转动的角速度相等，分别将两个质量相同的铁球置于长槽和短槽不同半径处，分别记为铁球1和铁球2。匀速转动手柄，通过观察长槽、短槽对应的标尺露出的红白标记，记录两个铁球所受向心力的大小。实验组半径之比标尺标记标尺标记标尺标记铁球1r1:r2=2:1

铁球2

新知讲解三、探究向心力的表达式③探究向心力F与角速度ω的关系将皮带置于半径不同的变速塔轮，例如左、右两个变速塔轮的第二轮，此时两轮半径比为大轮:小轮=2:1，根据皮带传动特点，得到两轮转动角速度之比ω大:ω小=1:2。匀速转动手柄，通过观察长槽、短槽对应的标尺露出的红白标记，记录两个铁球所受向心力的大小。实验组角速度之比标尺标记标尺标记铁球1ω大:ω小=1:2

铁球2

新知讲解三、探究向心力的表达式四、变速圆周运动和一般曲线运动的受力特点新知讲解

仔细观察运动员掷链球时的动作，结合手握绳子使沙袋加速转动的体会，可以发现：我们使沙袋加速转动时，绳子牵引沙袋的方向并不与沙袋运动的方向垂直。也就是说，沙袋加速时，它所受的力并不严格指向运动轨迹的圆心。四、变速圆周运动和一般曲线运动的受力特点新知讲解1.做圆周运动的沙袋正在加速转动的情况如图所示。O是沙袋运动轨迹的圆心，F是绳子对沙袋的拉力。根据F产生的效果，可以把F分解为两个相互垂直的分力：跟圆周相切的分力Ft

和指向圆心的分力Fn。Ft与沙袋运动的速度同向，使得沙袋的速度越来越大；Fn指向圆心，提供沙袋做圆周运动所需的向心力，改变沙袋速度的方向。变速圆周运动所受合力一般不等于向心力，合力一般产生两个方面的效果：(1)合力F跟圆周相切的分力Ft，此分力与物体运动的速度在一条直线上，改变速度的大小；(2)合力F指向圆心的分力Fn，此分力提供物体做圆周运动所需的向心力，改变物体速度的方向。做变速圆周运动的沙袋所受的力①合力的方向与速度方向的夹角小于90°，如图甲所示，其中Ft只改变v的大小，使速度增加，Fn产生向心加速度，改变速度的方向。②F与v的夹角大于90°时，Ft使v减小，Fn改变速度的方向，如图乙所示。

结论：同时具有向心加速度和切向加速度的圆周运动就是变速圆周运动，匀速圆周运动的切向加速度为零。四、变速圆周运动和一般曲线运动的受力特点新知讲解四、变速圆周运动和一般曲线运动的受力特点新知讲解运动轨迹既不是直线也不是圆周的曲线运动，可以称为一般的曲线运动。尽管这时曲线各个位置的弯曲程度不一样，但在研究时，可以把这条曲线分割为许多很短的小段，质点在每小段的运动都可以看成圆周运动的一部分，如图所示。这样，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分析方法来处理了。一般曲线运动的研究方法典例探究D例题分析

由于小强随圆盘做匀速圆周运动，一定需要向心力，该力一定指向圆心方向，而重力和支持力在竖直方向上，它们不能充当向心力，因此他会受到摩擦力作用，且充当向心力，向心力是效果力，不是小强受到的力，故他受到重力、支持力、摩擦力。【变式训练1】

如图所示，内壁光滑的锥形圆筒固定在水平地面上，小球沿内壁在某一水平面内做匀速圆周运动，该小球的向心力（

）A．由重力和支持力的合力提供

B．由重力、支持力和摩擦力的合力提供C．只由重力提供

D．只由支持力提供A典例探究典例探究CAC1:2典例探究【变式训练2】

如图为探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系的实验装置。

（1）本实验采用的方法是

法；。（2）本实验除了有无线力传感器（图中②）外，还有无线

传感器（图中⑤）；

（3）小组同学为了探究向心力跟角速度的关系，实验中，先将⑦旋至某一挡位，当悬臂匀速转动时，记录向心力

F的大小和角速度w的数据。改变角速度的大小，多次实验。

小组同学先让一个砝码做半径r为0.12m的圆周运动，得到图甲中①图线。然后保持砝码质量不变，再将运动半径

r分别调整为0.08m、0.04m，分别又做了两组实验，最后同学们把三组实验得到的图线画在了同一坐标系中。则：典例探究（a）若对①图线的数据进行处理，获得了F－x图像（如图乙所示），该图像是一条过原点的直线，则图像横坐标

x代表的是

。

（b）试在图甲中任找一个数