向心力课件-高一下学期物理人教版(2)-1

第二节

向心力5.课堂小结6.课堂练习7.布置作业4.探索新知2.重点难点1.学习目标3.课堂导入

目录理解向心力的定义，知道向心力是按效果命名的力，可由单个力、多个力的合力或某个力的分力提供。物理观念通过光滑水平面内小球圆周运动、圆锥摆等理想化模型，抽象出向心力的作用效果，忽略次要因素。科学思维利用向心力演示器，通过控制变量法探究向心力与m、r、ω的关系，归纳实验结论。科学探究强调实验操作中控制变量的重要性，如使用向心力演示器时确保转速稳定、小球质量准确，培养实事求是的科学态度。科学态度与责任

学习目标向心力0102向心力的大小03变速圆周运动和一般曲线运动的受力特点

教学内容教学重点1教学重点2教学难点3理解向心力的表达式及会分析其来源。采用控制变量法“探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系”。掌握向心力大小的表达式，并会应用公式进行有关的计算。

重点难点游乐场里有各种有趣的游戏项目。空中飞椅因其刺激性而深受很多年轻人的喜爱。做圆周运动的物体，其运动状态在不断变化，说明物体一定受到了力的作用。那么迫使物体做圆周运动的力的方向有何特点呢？飞椅与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？

新课导入01PART01第一部分向心力

探索新知如图所示，用细绳拉着质量为m的小球在光滑水平桌面上做匀速圆周运动。(2)这些力的合力如何？合力的方向有何特点？答案

合力为绳的拉力，合力的方向始终指向圆心。(1)小球受哪几个力的作用？答案

受到重力、水平桌面的支持力和绳的拉力三个力的作用。GFTFN

探索新知——观察与思考1.向心力的定义：做匀速圆周运动的物体所受的合力总____________，这个指向______的力叫作向心力。2.向心力的特点(1)向心力是矢量，方向始终____________且与速度方向______，所以向心力是___力。(3)向心力是根据力的_________命名的效果力，它是由_________或者_____________提供的（不能讲：物体受到向心力）。(2)做匀速圆周运动的物体，线速度______不变，故向心力只改变线速度的______。vFnvFnvFnO指向圆心圆心指向圆心垂直变大小方向作用效果某个力几个力的合力

探索新知——向心力定义实例分析图例向心力来源用细绳拴住小球在光滑的水平面内做匀速圆周运动(俯视图)_______________提供向心力物体随转盘做匀速圆周运动，且物体相对于转盘静止__________提供向心力绳的拉力(弹力)静摩擦力

探索新知——几种常见的圆周运动向心力的来源实例分析图例向心力来源在匀速转动的圆筒内壁上，有一物体随圆筒一起转动且未发生滑动______提供向心力用细绳拴住小球在竖直平面内做圆周运动，当小球经过最低点时____________的合力提供向心力弹力拉力和重力

探索新知——几种常见的圆周运动向心力的来源实例分析图例向心力来源飞机水平转弯做匀速圆周运动_________________________________的合力提供向心力空气对飞机的作用力和飞机的重力

探索新知——几种常见的圆周运动向心力的来源1.如图所示，一只老鹰在水平面内盘旋做匀速圆周运动，则关于老鹰受力的说法正确的是A.老鹰受重力、空气对它的作用力

和向心力的作用B.老鹰受重力和空气对它的作用力C.老鹰受重力和向心力的作用D.老鹰受空气对它的作用力和向心力的作用√老鹰在水平面内盘旋做匀速圆周运动，受到重力和空气对它的作用力，合力提供向心力，向心力是效果力，不是老鹰另外受到的力，故B正确，A、C、D错误。

探索新知——典例解析

√对小球受力分析可知，小球受到重力、细线的拉力两个力，这两个力的合力提供向心力，也可把拉力分解，拉力的水平分力提供向心力，如图所示，A、B错误，C正确；向心力的大小Fn=mgtan

θ，D错误。mgFTFT1FT2

探索新知——典例解析02PART02第二部分向心力大小

探索新知如图所示，在绳子的一端拴一个小沙袋(或其他小物体)，另一端握在手中。将手举过头顶，使沙袋在水平面内做匀速圆周运动，此时沙袋所受的向心力近似等于绳对沙袋的拉力。(1)保持小沙袋转动的速度和绳的长度不变，改变小沙袋的质量，感受向心力的变化。(2)保持绳的长度和小沙袋的质量不变，改变小沙袋转动的速度，感受向心力的变化。(3)保持小沙袋的质量和小沙袋转动的速度（线速度）不变，改变绳的长度，感受向心力的变化。质量越大，向心力越大速度越大，向心力越大绳长越短，向心力越大

探索新知——感受向心力实验结论：做圆周运动的物体所受向心力的大小与物体的质量、速度、轨道半径等因素有关系。思考：向心力的大小与物体的质量、速度、轨道半径有什么样关系呢？我们可以通过向心力演示器对此进行更深入的研究。

探索新知——感受向心力1.实验器材及原理1手柄2变速塔轮3变速塔轮4长槽5短槽6横臂8标尺7套筒(1)匀速转动手柄1，可使变速塔轮2和3匀速转动，思考通过两变速塔轮控制两侧短槽和长槽做圆周运动角速度的原理；答案

变速塔轮2和3边缘线速度大小相等，两塔轮转动半径不同，则两塔轮角速度不同。根据v=ωr可得，角速度与半径成反比。

探索新知——用向心力演示器探究向心力的大小(2)两塔轮分别与长槽4和短槽5同轴转动，槽内的小球转动角速度关系如何判定？

答案

槽内小球角速度与对应塔轮角速度相同。(3)小球做匀速圆周运动的向心力由谁提供？答案

横臂对小球的支持力提供小球做匀速圆周运动的向心力。1手柄2变速塔轮3变速塔轮4长槽5短槽6横臂8标尺7套筒

探索新知——用向心力演示器探究向心力的大小2.实验操作及数据分析(1)在角速度、轨道半径不变的条件下，探究向心力与质量的关系：

ω1∶ω2r1∶r2m1∶m2F1∶F2实验一1∶11∶11∶21∶2实验结论：在ω、r不变的条件下，Fn

∝___。m

探索新知——用向心力演示器探究向心力的大小(2)在角速度、质量不变的条件下，探究向心力与轨道半径的关系：实验结论：在ω、m不变的条件下，Fn

∝___。

ω1∶ω2r1∶r2m1∶m2F1∶F2实验二1∶12∶11∶12∶1r

探索新知——用向心力演示器探究向心力的大小(3)在质量、轨道半径不变的条件下，探究向心力与角速度的关系：实验结论：在m、r不变的条件下，Fn

∝_____。精确的实验表明：向心力的大小与质量、轨道半径和角速度平方成正比。

ω1∶ω2r1∶r2m1∶m2F1∶F2实验三1∶21∶11∶11∶4实验四1∶31∶11∶11∶9ω2

探索新知——用向心力演示器探究向心力的大小1.根据实验结论能得出的向心力大小的表达式为

Fn=_____或Fn=_________。2.若用周期或转速表示，还可以写为

Fn=______________=__________。3.若同时用角速度和线速度表示可以写为Fn=_____。mω2r

m(2πn)2rmωv

探索新知——用向心力演示器探究向心力的大小3.用如图所示的装置来探究小球做圆周运动所需向心力的大小F与质量m、角速度ω和半径r之间的关系。两个变速塔轮通过皮带连接，转动手柄使槽内的钢球做匀速圆周运动。横臂的挡板对球的压力提供向心力，球对挡板的反作用力通过横臂的杠杆作用使弹簧测力套筒下降，从而露出标尺，标尺上的红白相间等分格的数量之比等于两个球所受向心力的比值。装置中有大小相同的3个金属球可供选择使用，其中有2个钢球和1个铝球，如图是某次实验时装置的状态，图中两个球到标尺距离相等。

探索新知——典例解析(1)在研究向心力的大小F与质量m关系时，要保持_______________相同；

A.ω和r B.ω和m C.m和r D.m和F(2)图中装置是在研究向心力的大小F与____________的关系；

A.质量m B.半径r C.角速度ω√√(2)图中两个钢球质量和运动半径相等，根据F=mω2r，则本实验是在研究向心力的大小F与角速度ω的关系。故选C。

探索新知——典例解析(3)若图中标尺上红白相间的等分格显示出两个小球所受向心力的比值为1∶9，那么与皮带连接的两个变速塔轮的半径之比为____________。

A.1∶3 B.3∶1C.1∶9 D.9∶1√根据向心力的计算公式F=mω2r，两球的向心力之比为1∶9，运动半径和质量相等，则转动的角速度之比为1∶3，因为靠皮带传动，变速塔轮的线速度大小相等，根据v=r'ω可知，与皮带连接的两个变速塔轮的半径之比为3∶1。故选B。

探索新知——典例解析03PART03第三部分变速圆周运动和一般曲线运动

探索新知荡秋千是小朋友很喜欢的游戏，当秋千由上向下荡时：(1)小朋友做的是匀速圆周运动还是变速圆周运动？答案

速度大小在改变，小朋友做的是变速圆周运动。

mgFTmgFT

探索新知——思考与讨论1.变速圆周运动(1)受力特点：变速圆周运动中合力_________圆心，合力F产生改变线速度大小和方向两个作用效果。不指向

合力径向方向分力改变线速度______与速度方向相同，线速度与速度方向相反，线速度切线方向分力改变线速度______OFnF合vFtOFnF合vFt方向大小增大减小

探索新知——做变速圆周运动物体所受的力(2)处理方法：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作____________的一部分，这样，在分析质点经过曲线上某位置的运动时，就可以采用____________的分析方法来处理。2.一般曲线运动的处理方法(1)一般的曲线运动：运动轨迹既不是直线也不是圆周的曲线运动。圆周运动圆周运动

探索新知——一般曲线运动的处理方法转盘匀速转动时，P所受摩擦力提供向心力，故摩擦力方向为c，A项正确，B项错误；当转盘加速转动时，P既有向心力，还有指向a方向的切向力，故摩擦力可能沿b方向，不可能沿a方向，C项错误；当转盘减速转动时，P所受摩擦力可能沿d方向，不可能沿b方向，D项错误。4.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所受摩擦力方向为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所受摩擦力方向可能为aD.当转盘减速转动时，P所受摩擦力方向可能为b√

探索新知——典例解析

√√

探索新知——典例解析探究向心力大小的表达式向心力定义特点矢量，方向始终指向圆心只改变线速度方向效果力影响因素质量、速度、圆运动的半径探究向心力表达式实验器材向心力演示仪实验方法控制变量法实验步骤控制变量探究F与m、r、ω的关系实验结论

探索新知——课堂小结向心力的分析和向心力公式的应用向心力的来源变速圆周运动匀速圆周运动：合力提供向心力非匀速圆周运动：合力沿径向的分力提供向心力几种常见圆周运动向心力的来源合力不指向圆心径向分力改变速度方向，向心力切向分力改变速度大小一般曲线运动分割成很短小段，按圆周运动处理

探索新知——课堂小结

课堂练习1.如图甲所示，某实验小组探究影响向心力大小的因素。用细绳系一纸杯(杯中有30mL的水)，将手举过头顶，使纸杯在水平面内做匀速圆周运动。(1)下列说法中正确的是____________。

A.保持质量、绳长不变，增大转速，绳对手的拉力将不变B.保持质量、绳长不变，增大转速，绳对手的拉力将增大C.保持质量、角速度不变，增大绳长，绳对手的拉力将不变D.保持质量、角速度不变，增大绳长，绳对手的拉力将增大√√甲(2)如图乙，绳离杯心40cm处打一结点A，80cm处打一结点B，学习小组中一位同学用手表计时，另一位同学在水平桌面上操作(杯和桌面摩擦较小，可认为是光滑)。操作一：手握绳结A，使杯每秒运动一周，体会向心力的大小。操作二：手握绳结B，使杯每秒运动一周，体会向心力的大小。操作三：手握绳结A，使杯每秒运动两周，体会向心力的大小。操作四：手握绳结A，再向杯中添加30mL的水，使杯每秒运动一周，体会向心力的大小。

课堂练习则：①操作二与一相比较：质量、角速度相同，向心力的大小与转动半径大小有关；操作三与一相比较：质量、半径相同，向心力的大小与角速度有关；操作四与一相比较：_______________相同，向心力的大小与_____有关。

②物理学中此种实验方法叫____________法。角速度、半径质量控制变量操作一：手握绳结A，使杯每秒运动一周，体会向心力的大小。操作二：手握绳结B，使杯每秒运动一周，体会向心力的大小。操作三：手握绳结A，使杯每秒运动两周，体会向心力的大小。操作四：手握绳结A，再向杯中添加30mL的水，使杯每秒运动一周，体会向心力的大小。

课堂练习③小组总结阶段，手甩动，使杯做圆周运动的同学谈感受时说：“感觉手腕发酸，感觉力的方向不是指向圆心的向心力，而是背离圆心的力，跟书上说的不一样”，你认为该同学的说法是否正确，为什么？___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。

说法不正确。该同学受力分析的对象是自己的手，我们实验受力分析的对象是纸杯(包括水)，细绳对纸杯(包括水)的拉力提供纸杯(包括水)做圆周运动的向心力，指向圆心。细绳对手的拉力与细绳对纸杯(包括水)的拉力大小相等、方向相反，背离圆心

课堂练习2.某实验兴趣小组在“DIS向心力实验器”的基础上，简化设计了如图甲的装置探究向心力大小与角速度的关系