物理人教版（2019）必修第二册6.2向心力（共41张ppt）
文档属性
| 名称 | 物理人教版（2019）必修第二册6.2向心力（共41张ppt） |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 852.6KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2022-05-26 19:14:13 | ||
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文档简介
(共41张PPT)
第六章 圆周运动
第2节 向心力
教学目标
①知道什么是向心力，知道向心力的作用，知道它是根据力
的作用效果命名的；
②通过实验探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系，体会控制变量法在研究多个物理量关系中的应用；
③掌握向心力的表达式，并能用来进行计算；
④知道变速圆周运动和一般曲线运动的受力特点；
教学重点
教学难点
知道变速圆周运动和一般曲线运动的受力特点；
①知道什么是向心力，知道向心力的作用，知道它是根据力
的作用效果命名的；
②掌握向心力的表达式，并能用来进行计算；
新课讲授
问题与探究
游乐场里有一个游戏项目是空中飞椅很受年轻人的喜欢。飞椅和人一起做匀速圆周运动的过程中，受了哪些力？所受合力的方向有什么特点（比如大小和方向）？
做圆周运动的物体，其运动状态在不断的变化，说明物体一定受到了合力的作用。那么迫使物体做圆周运动的合力的方向到底有何特点呢？
一、向心力
我们以匀速圆周运动为例，一起来探究一下。
情景一：一个小球在细线的牵引下，绕光滑桌面上的图钉做匀速圆周运动。你认为使小球做圆周运动的合力指向何方？
思考与讨论：
G
FN
F
结论：F就是合力，而合力始终指向圆心，始终与速度方向垂直。
情景二：在匀速转动的圆筒内壁上，有一物体随圆筒一起转动而未发生滑动。你认为使物体做圆周运动的合力指向何方？
思考与讨论：
G
Ff
FN
结论：FN是合力，而合力始终指向圆心，始终与速度方向垂直。
①做匀速圆周运动的物体所受的合力总指向圆心，这个指向圆心的力叫作向心力。
大量的事实表明：
②对于做匀速圆周运动的物体，速度的大小始终不变，而方向一直变化，这说明向心力只改变速度的方向。
向心力的来源：
G
FN
F
G
Ff
FN
G
F
F合
拉力
支持力
合力
向心力的来源：
不难发现，向心力并不像重力、弹力、摩擦力那样作为具有某种性质的力而命名的。每一个做圆周运动的物体都需要一个向心力，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。就像合力一样，做受力分析时是不需要分析的。
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，这个指向圆心的力叫作向心力，用Fn表示。
2.作用：只改变速度的方向，不改变物体的大小
3.方向：始终沿着半径指向圆心，与线速度垂直。
4.来源：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。
二、探究向心力的大小
方案一：定性分析（感受向心力的变化）
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手通过绳对沙袋的拉力。
猜想：沙袋所受的向心力与哪些因素有关呢？
质量
半径
转的快慢
方案二：定量分析（向心力演示器）
1、实验原理
向心力演示器如图所示，匀速转动手柄1，可以使变速塔轮2和3以及长槽4和短槽5随之匀速转动.皮带分别套在塔轮2和3上的不同圆盘上，可使两个槽内的小球分别以几种不同的角速度做匀速圆周运动。
方案二：定量分析（向心力演示器）
小球做匀速圆周运动的向心力由横臂6的挡板对小球的压力提供，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7下降，从而露出标尺8，根据标尺8上露出的红白相间等分标记，可以粗略计算出两个球所受向心力的比值。
方案二：定量分析（向心力演示器）
2.实验步骤
(1)皮带套在塔轮2、3半径相同的圆盘上，小球转动半径和转动角速度相同时，探究向心力与小球质量的关系.
(2)皮带套在塔轮2、3半径相同的圆盘上，小球转动角速度和质量相同时，探究向心力与转动半径的关系.
(3)皮带套在塔轮2、3半径不同的圆盘上，小球质量和转动半径相同时，探究向心力与角速度的关系.
方案二：定量分析（向心力演示器）
2.实验步骤
(1)皮带套在塔轮2、3半径相同的圆盘上，小球转动半径和转动角速度相同时，探究向心力与小球质量的关系.
(2)皮带套在塔轮2、3半径相同的圆盘上，小球转动角速度和质量相同时，探究向心力与转动半径的关系.
(3)皮带套在塔轮2、3半径不同的圆盘上，小球质量和转动半径相同时，探究向心力与角速度的关系.
3.实验结论：在半径和角速度一定的情况下，向心力大小与质量成 .
在质量和角速度一定的情况下，向心力大小与半径成 .
在质量和半径一定的情况下，向心力大小与 成正比.
正比
正比
角速度的平方
4.向心力的表达式
三、变速圆周运动的受力特点
观察与思考
仔细观察运动员掷链球时的加速动作，此时链条的方向和手臂的方向一样吗？大家可以结合手握绳子使沙袋加速转动的情景去体会一下。
可以发现：我们使链条的方向与手臂的方向不相同。
结论：①Fn指向圆心，只改变物体速度方向。
②Ft与运动方向相同，只改变物体速度大小，可以使物体加速。
思考：变速圆周运动中合力F是向心力吗？
F不是向心力，F指向圆心的分力Fn是向心力
变速圆周运动
(1)受力特点：变速圆周运动中合力不指向圆心，合力F产生改变线速度大小和方向两个作用效果.
四、一般曲线运动的受力特点
运动轨迹既不是直线也不是圆周的曲线运动，可以成为一般的曲线运动。
处理方法：可以把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圆周运动的一部分，分析质点经过曲线上某位置的运动时，可以采用圆周运动的分析方法来处理。
1.判断下列说法的正误.
(1)做匀速圆周运动的物体的向心力是恒力.( )
(2)向心力和重力、弹力一样，都是根据力的性质命名的.( )
(3)向心力可以是物体受到的某一个力，也可以是物体受到的合力.( )
(4)变速圆周运动的向心力并不指向圆心.( )
课堂练习
×
×
×
√
2、关于向心力的说法正确的是
A.物体由于做圆周运动而产生了向心力
B.向心力不改变圆周运动中物体线速度的大小
C.对做匀速圆周运动的物体进行受力分析时，一定不要漏掉向心力
D.做匀速圆周运动的物体其向心力是不变的
课堂练习
B
3、如图4所示，一圆盘可绕过圆盘中心O且垂直于盘面的竖直轴转动，在圆盘上放一小木块A，它随圆盘一起做匀速圆周运动，则关于木块A的受力，下列说法正确的是
A.木块A受重力、支持力和向心力
B.木块A受重力、支持力和静摩擦力，静摩擦力
的方向与木块运动方向相反
C.木块A受重力、支持力和静摩擦力，静摩擦力的方向指向圆心
D.木块A受重力、支持力和静摩擦力，静摩擦力的方向与木块运动方向相同
C
4.一辆质量为1 000 kg的汽车，为测试其性能，在水平地面上沿半径r＝50 m的圆，以10 m/s的速度做匀速圆周运动，汽车没有发生侧滑，_____________对汽车提供向心力，此力大小为________ N.
课堂练习
侧向摩擦力
2000
5.一个质量为0.1 kg的小球，用一长0.45 m的细绳拴着，绳的另一端系在O点，让小球从图5所示位置从静止开始释放，运动到最低点时小球的速度为3 m/s.(小球视为质点，绳不可伸长，取g＝10 m/s2)
(1)分析小球运动到最低点时向心力的来源，
画出小球受力示意图；
(2)小球到达最低点时绳对小球的拉力的大小.
课堂练习
(1)分析小球运动到最低点时向心力的来源，
画出小球受力示意图；
(2)小球到达最低点时绳对小球的拉力的大小.
6、如图6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c
B.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a
D.当转盘减速转动时，P所受摩擦力方向可能为b
课堂练习
A
7、甲、乙两物体都做匀速圆周运动，其质量之比为1∶2，转动半径之比为1∶2，在相等时间内甲转过60°，乙转过45°，则它们所受外力的合力之比为
A.1∶4 B.2∶3
C.4∶9 D.9∶16
课堂练习
C
8、如图2所示，把一个长为20 cm，劲度系数为360 N/m的弹簧一端固定，作为圆心，弹簧的另一端连接一个质量为0.50 kg的小球，当小球以 r/min的转速在光滑水平面上做匀速圆周运动时，弹簧的伸长量应为
A.5.2 cm B.5.3 cm
C.5.0 cm D.5.4 cm
课堂练习
C
9、(多选)质量为m的小球用长为L的轻质细线悬挂在O点，在O点的正下方中点处有一光滑小钉子P，把细线沿水平方向拉直，如图4所示，无初速度地释放小球，当细线碰到钉子的瞬间(瞬时速度不变)，设细线没有断裂，则下列说法正确的是
A.小球的角速度突然增大
B.小球的角速度突然减小
C.小球对细线的拉力突然增大
D.小球对细线的拉力保持不变
课堂练习
AC
10、如图5所示，一圆柱形容器绕其竖直轴线匀速转动，内部有A、B两个物体，均与容器的接触面始终保持相对静止.当转速增大后(A、B与容器接触面间仍相对静止)，下列说法正确的是
A.两物体受到的摩擦力都增大
B.两物体受到的摩擦力大小都不变
C.物体A受到的摩擦力增大，物体B受到的摩擦力
大小不变
D.物体A受到的摩擦力大小不变，物体B受到的摩擦力增大
课堂练习
D
11、如图5所示，一圆柱形容器绕其竖直轴线匀速转动，内部有A、B两个物体，均与容器的接触面始终保持相对静止.当转速增大后(A、B与容器接触面间仍相对静止)，下列说法正确的是
A.两物体受到的摩擦力都增大
B.两物体受到的摩擦力大小都不变
C.物体A受到的摩擦力增大，物体B受到的摩擦力
大小不变
D.物体A受到的摩擦力大小不变，物体B受到的摩擦力增大
课堂练习
D
12、在光滑水平杆上穿着两个小球m1、m2，且m1＝2m2，用水平细线把两球连起来，当支架匀速转动时，两小球刚好能与杆保持无相对滑动，如图9所示.此时两小球到转轴的距离r1与r2之比为
A.1∶1 B.1∶4 C.2∶1 D.1∶2
课堂练习
D
13、如图8所示，有一质量为m1的小球A与质量为m2的物块B通过轻绳相连，轻绳穿过光滑水平板绕O点做半径为r的匀速圆周运动时，物块B刚好保持静止.求：(重力加速度为g)
(1)轻绳的拉力大小；
(2)小球A做匀速圆周运动的线速度大小.
课堂练习
(1)轻绳的拉力大小；
(2)小球A做匀速圆周运动的线速度大小.
解析 物块B受力平衡，故轻绳拉力大小FT＝m2g
解析 小球A做匀速圆周运动的向心力由轻绳拉力FT提供，
根据牛顿第二定律有：
1.圆周运动中向心力的作用、方向、来源？
2.圆周运动的向心力大小的表达式
3.变速圆周运动的受力特点
4.一般曲线运动的受力特点
课堂小结
练习与作业
完成课后习题
第六章 圆周运动
第2节 向心力
教学目标
①知道什么是向心力，知道向心力的作用，知道它是根据力
的作用效果命名的；
②通过实验探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系，体会控制变量法在研究多个物理量关系中的应用；
③掌握向心力的表达式，并能用来进行计算；
④知道变速圆周运动和一般曲线运动的受力特点；
教学重点
教学难点
知道变速圆周运动和一般曲线运动的受力特点；
①知道什么是向心力，知道向心力的作用，知道它是根据力
的作用效果命名的；
②掌握向心力的表达式，并能用来进行计算；
新课讲授
问题与探究
游乐场里有一个游戏项目是空中飞椅很受年轻人的喜欢。飞椅和人一起做匀速圆周运动的过程中，受了哪些力？所受合力的方向有什么特点（比如大小和方向）？
做圆周运动的物体，其运动状态在不断的变化，说明物体一定受到了合力的作用。那么迫使物体做圆周运动的合力的方向到底有何特点呢？
一、向心力
我们以匀速圆周运动为例，一起来探究一下。
情景一：一个小球在细线的牵引下，绕光滑桌面上的图钉做匀速圆周运动。你认为使小球做圆周运动的合力指向何方？
思考与讨论：
G
FN
F
结论：F就是合力，而合力始终指向圆心，始终与速度方向垂直。
情景二：在匀速转动的圆筒内壁上，有一物体随圆筒一起转动而未发生滑动。你认为使物体做圆周运动的合力指向何方？
思考与讨论：
G
Ff
FN
结论：FN是合力，而合力始终指向圆心，始终与速度方向垂直。
①做匀速圆周运动的物体所受的合力总指向圆心，这个指向圆心的力叫作向心力。
大量的事实表明：
②对于做匀速圆周运动的物体，速度的大小始终不变，而方向一直变化，这说明向心力只改变速度的方向。
向心力的来源：
G
FN
F
G
Ff
FN
G
F
F合
拉力
支持力
合力
向心力的来源：
不难发现，向心力并不像重力、弹力、摩擦力那样作为具有某种性质的力而命名的。每一个做圆周运动的物体都需要一个向心力，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。就像合力一样，做受力分析时是不需要分析的。
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，这个指向圆心的力叫作向心力，用Fn表示。
2.作用：只改变速度的方向，不改变物体的大小
3.方向：始终沿着半径指向圆心，与线速度垂直。
4.来源：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。
二、探究向心力的大小
方案一：定性分析（感受向心力的变化）
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手通过绳对沙袋的拉力。
猜想：沙袋所受的向心力与哪些因素有关呢？
质量
半径
转的快慢
方案二：定量分析（向心力演示器）
1、实验原理
向心力演示器如图所示，匀速转动手柄1，可以使变速塔轮2和3以及长槽4和短槽5随之匀速转动.皮带分别套在塔轮2和3上的不同圆盘上，可使两个槽内的小球分别以几种不同的角速度做匀速圆周运动。
方案二：定量分析（向心力演示器）
小球做匀速圆周运动的向心力由横臂6的挡板对小球的压力提供，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7下降，从而露出标尺8，根据标尺8上露出的红白相间等分标记，可以粗略计算出两个球所受向心力的比值。
方案二：定量分析（向心力演示器）
2.实验步骤
(1)皮带套在塔轮2、3半径相同的圆盘上，小球转动半径和转动角速度相同时，探究向心力与小球质量的关系.
(2)皮带套在塔轮2、3半径相同的圆盘上，小球转动角速度和质量相同时，探究向心力与转动半径的关系.
(3)皮带套在塔轮2、3半径不同的圆盘上，小球质量和转动半径相同时，探究向心力与角速度的关系.
方案二：定量分析（向心力演示器）
2.实验步骤
(1)皮带套在塔轮2、3半径相同的圆盘上，小球转动半径和转动角速度相同时，探究向心力与小球质量的关系.
(2)皮带套在塔轮2、3半径相同的圆盘上，小球转动角速度和质量相同时，探究向心力与转动半径的关系.
(3)皮带套在塔轮2、3半径不同的圆盘上，小球质量和转动半径相同时，探究向心力与角速度的关系.
3.实验结论：在半径和角速度一定的情况下，向心力大小与质量成 .
在质量和角速度一定的情况下，向心力大小与半径成 .
在质量和半径一定的情况下，向心力大小与 成正比.
正比
正比
角速度的平方
4.向心力的表达式
三、变速圆周运动的受力特点
观察与思考
仔细观察运动员掷链球时的加速动作，此时链条的方向和手臂的方向一样吗？大家可以结合手握绳子使沙袋加速转动的情景去体会一下。
可以发现：我们使链条的方向与手臂的方向不相同。
结论：①Fn指向圆心，只改变物体速度方向。
②Ft与运动方向相同，只改变物体速度大小，可以使物体加速。
思考：变速圆周运动中合力F是向心力吗？
F不是向心力，F指向圆心的分力Fn是向心力
变速圆周运动
(1)受力特点：变速圆周运动中合力不指向圆心，合力F产生改变线速度大小和方向两个作用效果.
四、一般曲线运动的受力特点
运动轨迹既不是直线也不是圆周的曲线运动，可以成为一般的曲线运动。
处理方法：可以把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圆周运动的一部分，分析质点经过曲线上某位置的运动时，可以采用圆周运动的分析方法来处理。
1.判断下列说法的正误.
(1)做匀速圆周运动的物体的向心力是恒力.( )
(2)向心力和重力、弹力一样，都是根据力的性质命名的.( )
(3)向心力可以是物体受到的某一个力，也可以是物体受到的合力.( )
(4)变速圆周运动的向心力并不指向圆心.( )
课堂练习
×
×
×
√
2、关于向心力的说法正确的是
A.物体由于做圆周运动而产生了向心力
B.向心力不改变圆周运动中物体线速度的大小
C.对做匀速圆周运动的物体进行受力分析时，一定不要漏掉向心力
D.做匀速圆周运动的物体其向心力是不变的
课堂练习
B
3、如图4所示，一圆盘可绕过圆盘中心O且垂直于盘面的竖直轴转动，在圆盘上放一小木块A，它随圆盘一起做匀速圆周运动，则关于木块A的受力，下列说法正确的是
A.木块A受重力、支持力和向心力
B.木块A受重力、支持力和静摩擦力，静摩擦力
的方向与木块运动方向相反
C.木块A受重力、支持力和静摩擦力，静摩擦力的方向指向圆心
D.木块A受重力、支持力和静摩擦力，静摩擦力的方向与木块运动方向相同
C
4.一辆质量为1 000 kg的汽车，为测试其性能，在水平地面上沿半径r＝50 m的圆，以10 m/s的速度做匀速圆周运动，汽车没有发生侧滑，_____________对汽车提供向心力，此力大小为________ N.
课堂练习
侧向摩擦力
2000
5.一个质量为0.1 kg的小球，用一长0.45 m的细绳拴着，绳的另一端系在O点，让小球从图5所示位置从静止开始释放，运动到最低点时小球的速度为3 m/s.(小球视为质点，绳不可伸长，取g＝10 m/s2)
(1)分析小球运动到最低点时向心力的来源，
画出小球受力示意图；
(2)小球到达最低点时绳对小球的拉力的大小.
课堂练习
(1)分析小球运动到最低点时向心力的来源，
画出小球受力示意图；
(2)小球到达最低点时绳对小球的拉力的大小.
6、如图6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c
B.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a
D.当转盘减速转动时，P所受摩擦力方向可能为b
课堂练习
A
7、甲、乙两物体都做匀速圆周运动，其质量之比为1∶2，转动半径之比为1∶2，在相等时间内甲转过60°，乙转过45°，则它们所受外力的合力之比为
A.1∶4 B.2∶3
C.4∶9 D.9∶16
课堂练习
C
8、如图2所示，把一个长为20 cm，劲度系数为360 N/m的弹簧一端固定，作为圆心，弹簧的另一端连接一个质量为0.50 kg的小球，当小球以 r/min的转速在光滑水平面上做匀速圆周运动时，弹簧的伸长量应为
A.5.2 cm B.5.3 cm
C.5.0 cm D.5.4 cm
课堂练习
C
9、(多选)质量为m的小球用长为L的轻质细线悬挂在O点，在O点的正下方中点处有一光滑小钉子P，把细线沿水平方向拉直，如图4所示，无初速度地释放小球，当细线碰到钉子的瞬间(瞬时速度不变)，设细线没有断裂，则下列说法正确的是
A.小球的角速度突然增大
B.小球的角速度突然减小
C.小球对细线的拉力突然增大
D.小球对细线的拉力保持不变
课堂练习
AC
10、如图5所示，一圆柱形容器绕其竖直轴线匀速转动，内部有A、B两个物体，均与容器的接触面始终保持相对静止.当转速增大后(A、B与容器接触面间仍相对静止)，下列说法正确的是
A.两物体受到的摩擦力都增大
B.两物体受到的摩擦力大小都不变
C.物体A受到的摩擦力增大，物体B受到的摩擦力
大小不变
D.物体A受到的摩擦力大小不变，物体B受到的摩擦力增大
课堂练习
D
11、如图5所示，一圆柱形容器绕其竖直轴线匀速转动，内部有A、B两个物体，均与容器的接触面始终保持相对静止.当转速增大后(A、B与容器接触面间仍相对静止)，下列说法正确的是
A.两物体受到的摩擦力都增大
B.两物体受到的摩擦力大小都不变
C.物体A受到的摩擦力增大，物体B受到的摩擦力
大小不变
D.物体A受到的摩擦力大小不变，物体B受到的摩擦力增大
课堂练习
D
12、在光滑水平杆上穿着两个小球m1、m2，且m1＝2m2，用水平细线把两球连起来，当支架匀速转动时，两小球刚好能与杆保持无相对滑动，如图9所示.此时两小球到转轴的距离r1与r2之比为
A.1∶1 B.1∶4 C.2∶1 D.1∶2
课堂练习
D
13、如图8所示，有一质量为m1的小球A与质量为m2的物块B通过轻绳相连，轻绳穿过光滑水平板绕O点做半径为r的匀速圆周运动时，物块B刚好保持静止.求：(重力加速度为g)
(1)轻绳的拉力大小；
(2)小球A做匀速圆周运动的线速度大小.
课堂练习
(1)轻绳的拉力大小；
(2)小球A做匀速圆周运动的线速度大小.
解析 物块B受力平衡，故轻绳拉力大小FT＝m2g
解析 小球A做匀速圆周运动的向心力由轻绳拉力FT提供，
根据牛顿第二定律有：
1.圆周运动中向心力的作用、方向、来源？
2.圆周运动的向心力大小的表达式
3.变速圆周运动的受力特点
4.一般曲线运动的受力特点
课堂小结
练习与作业
完成课后习题