2022-2023学年高一物理人教版（2019）必修二学案：第六章 第二节 向心力
文档属性
| 名称 | 2022-2023学年高一物理人教版（2019）必修二学案：第六章 第二节 向心力 |  | |
| 格式 | doc | ||
| 文件大小 | 433.0KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2022-11-03 14:54:09 | ||
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文档简介
6.2 向心力
学习目标
1、了解向心力的概念，知道向心力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，能计算简单情景中的向心力；
4、从牛顿第二定律角度理解向心力表达式；
5、了解用向心力演示器探究向心力大小的原理、方法。
重点难点
1、什么是向心力；物体做匀速圆周运动向心力的大小以及方向（重点）
2、对于向心力的理解以及向心力的来源（重点）
3、两种圆周运动的比较；了解变速圆周运动（难点）
4、利用向心力的公式解决圆周运动实际问题；探究向心力大小和运动学之间的关系（难点）
自主探究
1、向心力
（1）向心力:做匀速圆周运动的物体所受的合力总是指向________。
（2）对向心力的认识：对于做匀速圆周运动的物体，物体的速度________不发生改变，因此，所受的合力只改变速度的_________。
向心力并不是像重力、弹力、摩擦力那样具有作为某种性质的力来命名。它是由某一个力或者几个力的_______提供的，是根据______________效果命名的。如图所示向心力的方向，向心力用符号_______表示。
2、向心力的大小
向心力的大小：向心力的大小与物体的_______、_______、____________等因素有关。
表达式：
3、变速圆周运动和一般曲线运动的受力特点
如图所示，做圆周运动的物体正在加速转动。O点是物体运动轨迹的圆心，F是绳对物体的拉力。根据F产生的效果，可以把力F分解成两个相互垂直的分力：跟圆周相切的分力和指向圆心的分力。与物体运动的速度同向，使得物体的速度越来越大；指向圆心，提供物体做圆周运动所需的向心力，改变物体速度的方向。
探究思考
1、圆周运动向心力的理解
（1）向心力的作用效果：只改变线速度的方向，不改变线速度的大小。
（2）向心力的公式： 适用于所有圆周运动。
（3）向心力的来源：向心力是根据力的作用效果命名的，它不是物体受到的力，可以由重力、弹力等性质的力提供，或者是几个力的合力、某个力的分力提供。
当物体做匀速圆周运动时，合力提供向心力；当物体做变速圆周运动时，合力指向圆心的分力提供向心力。
【典例一】1、关于向心力的下列说法正确的是( )
A.物体由于做圆周运动而产生了一个向心力
B.向心力只能改变做圆周运动的物体的速度方向,不能够改变速度的大小
C.做匀速圆周运动的物体其向心力指向圆心,所以是恒力
D.做匀速圆周运动的物体其向心力可以改变线速度的大小
解题思路：物体做圆周运动需要向心力而不是产生向心力,所以A项错误;向心力方向始终与速度方向垂直,只改变速度的方向不改变速度的大小,所以B项正确,D项错误;向心力始终指向圆心,方向时刻改变,是变力,所以C项错误。
答案：B
2、圆周运动中的临界问题
（1）不滑动
质量为m的物体在水平面上做圆周运动或随圆盘一起转动（如图所示）时，静摩擦力提供向心力，当静摩擦力达到最大值时， 物体运动的速度也达到最大，即，解得。
（2）绳子被拉断
质量为m的物体被长为l的轻绳拴着（如图所示），且绕绳的另一端O在水平面内做匀速圆周运动，当绳子的拉力达到最大值时，物体的速度最大，即，解得。这就是物体在半径为l的圆周上运动的临界速度。
【典例二】2、绳子的一端拴一个重物，用手握住另一端，使重物在光滑的水平面内做匀速圆周运动，下列判断正确的是（ ）
A．半径相同时，角速度越小绳越易断
B．角速度相等时，线速度越小绳越易断
C．线速度相等时，周期越大绳越易断
D．周期相同时，半径越大绳越易断
解题思路：A、重物在光滑的水平面内做匀速圆周运动，绳的拉力作为物体需要的向心力，由可得，半径相同时，角速度越小需要的向心力越小，绳越不容易断，故A错误。
B、由可得，角速度相等时，线速度越小，物体需要的向心力越小，绳越不容易断，故B错误。
C、由知：线速度相等时，周期越大，物体需要的向心力越小，绳越不容易断，故C错误。
D、由可得，周期相同时，半径越大，物体需要的向心力越大，绳越易断，故D正确。
答案：D
【典例三】如图所示,为一在水平面内做匀速圆周运动的圆锥摆,关于摆球A的受力情况,下列说法中正确的是( )
A.摆球A受重力、拉力和向心力的作用 B.摆球A受拉力和向心力的作用
C.摆球A受拉力和重力的作用 D.摆球A受重力和向心力的作用
解题思路：摆球受重力、拉力作用，所受的合力为圆锥摆做匀速圆周运动的向心力,故ABD错误,C正确。
答案：C
随堂训练
1、下列关于做匀速圆周运动的物体所受的向心力的说法中，正确的是（ ）
A．物体除受其他的力外还要受到向心力的作用
B．物体所受的合外力提供向心力
C．向心力是一个恒力
D．向心力的大小一直在变化
2、如图所示,光滑固定的水平圆盘中心有一个光滑的小孔,用一细绳穿过小孔连接质量分别为的小球A和B,让B球悬挂,A球在光滑的圆盘面上绕圆盘中心做匀速圆周运动,角速度为ω,半径为r,则关于r和ω关系的图象正确的是( )
A. B.
C. D.
3、一辆汽车在水平公路上转弯,沿曲线由M向N行驶,速度逐渐减小,如图,A、B、 C、D分别画出了汽车转弯时所受合力F的四种方向,你认为正确的是( )
A. B. C. D.
4、如图所示，三段细线长OA=AB=BC，A、B、C三球质量相等，当它们绕O点在光滑的水平桌面上以相同的角速度作匀速圆周运动时，则三段线的拉力为（ ）
A. 1:2:3 B. 6:5:3 C. 3:2:1 D. 9:3:1
5、甲、乙两个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,在相同的时间里甲转过60°,乙转过45 °,则它们的向心力之比为( )
A.1:4 B.2:3 C.4:9 D.9:16
6、质量为 m 的小球，一端固定于 O 点。让其在水平面内做匀速圆周运动，如图所示。已知摆线 长为L ，当小球运动运动的角速度为ω时，求： 摆线受到的拉力F。
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学习目标
1、了解向心力的概念，知道向心力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，能计算简单情景中的向心力；
4、从牛顿第二定律角度理解向心力表达式；
5、了解用向心力演示器探究向心力大小的原理、方法。
重点难点
1、什么是向心力；物体做匀速圆周运动向心力的大小以及方向（重点）
2、对于向心力的理解以及向心力的来源（重点）
3、两种圆周运动的比较；了解变速圆周运动（难点）
4、利用向心力的公式解决圆周运动实际问题；探究向心力大小和运动学之间的关系（难点）
自主探究
1、向心力
（1）向心力:做匀速圆周运动的物体所受的合力总是指向________。
（2）对向心力的认识：对于做匀速圆周运动的物体，物体的速度________不发生改变，因此，所受的合力只改变速度的_________。
向心力并不是像重力、弹力、摩擦力那样具有作为某种性质的力来命名。它是由某一个力或者几个力的_______提供的，是根据______________效果命名的。如图所示向心力的方向，向心力用符号_______表示。
2、向心力的大小
向心力的大小：向心力的大小与物体的_______、_______、____________等因素有关。
表达式：
3、变速圆周运动和一般曲线运动的受力特点
如图所示，做圆周运动的物体正在加速转动。O点是物体运动轨迹的圆心，F是绳对物体的拉力。根据F产生的效果，可以把力F分解成两个相互垂直的分力：跟圆周相切的分力和指向圆心的分力。与物体运动的速度同向，使得物体的速度越来越大；指向圆心，提供物体做圆周运动所需的向心力，改变物体速度的方向。
探究思考
1、圆周运动向心力的理解
（1）向心力的作用效果：只改变线速度的方向，不改变线速度的大小。
（2）向心力的公式： 适用于所有圆周运动。
（3）向心力的来源：向心力是根据力的作用效果命名的，它不是物体受到的力，可以由重力、弹力等性质的力提供，或者是几个力的合力、某个力的分力提供。
当物体做匀速圆周运动时，合力提供向心力；当物体做变速圆周运动时，合力指向圆心的分力提供向心力。
【典例一】1、关于向心力的下列说法正确的是( )
A.物体由于做圆周运动而产生了一个向心力
B.向心力只能改变做圆周运动的物体的速度方向,不能够改变速度的大小
C.做匀速圆周运动的物体其向心力指向圆心,所以是恒力
D.做匀速圆周运动的物体其向心力可以改变线速度的大小
解题思路：物体做圆周运动需要向心力而不是产生向心力,所以A项错误;向心力方向始终与速度方向垂直,只改变速度的方向不改变速度的大小,所以B项正确,D项错误;向心力始终指向圆心,方向时刻改变,是变力,所以C项错误。
答案：B
2、圆周运动中的临界问题
（1）不滑动
质量为m的物体在水平面上做圆周运动或随圆盘一起转动（如图所示）时，静摩擦力提供向心力，当静摩擦力达到最大值时， 物体运动的速度也达到最大，即，解得。
（2）绳子被拉断
质量为m的物体被长为l的轻绳拴着（如图所示），且绕绳的另一端O在水平面内做匀速圆周运动，当绳子的拉力达到最大值时，物体的速度最大，即，解得。这就是物体在半径为l的圆周上运动的临界速度。
【典例二】2、绳子的一端拴一个重物，用手握住另一端，使重物在光滑的水平面内做匀速圆周运动，下列判断正确的是（ ）
A．半径相同时，角速度越小绳越易断
B．角速度相等时，线速度越小绳越易断
C．线速度相等时，周期越大绳越易断
D．周期相同时，半径越大绳越易断
解题思路：A、重物在光滑的水平面内做匀速圆周运动，绳的拉力作为物体需要的向心力，由可得，半径相同时，角速度越小需要的向心力越小，绳越不容易断，故A错误。
B、由可得，角速度相等时，线速度越小，物体需要的向心力越小，绳越不容易断，故B错误。
C、由知：线速度相等时，周期越大，物体需要的向心力越小，绳越不容易断，故C错误。
D、由可得，周期相同时，半径越大，物体需要的向心力越大，绳越易断，故D正确。
答案：D
【典例三】如图所示,为一在水平面内做匀速圆周运动的圆锥摆,关于摆球A的受力情况,下列说法中正确的是( )
A.摆球A受重力、拉力和向心力的作用 B.摆球A受拉力和向心力的作用
C.摆球A受拉力和重力的作用 D.摆球A受重力和向心力的作用
解题思路：摆球受重力、拉力作用，所受的合力为圆锥摆做匀速圆周运动的向心力,故ABD错误,C正确。
答案：C
随堂训练
1、下列关于做匀速圆周运动的物体所受的向心力的说法中，正确的是（ ）
A．物体除受其他的力外还要受到向心力的作用
B．物体所受的合外力提供向心力
C．向心力是一个恒力
D．向心力的大小一直在变化
2、如图所示,光滑固定的水平圆盘中心有一个光滑的小孔,用一细绳穿过小孔连接质量分别为的小球A和B,让B球悬挂,A球在光滑的圆盘面上绕圆盘中心做匀速圆周运动,角速度为ω,半径为r,则关于r和ω关系的图象正确的是( )
A. B.
C. D.
3、一辆汽车在水平公路上转弯,沿曲线由M向N行驶,速度逐渐减小,如图,A、B、 C、D分别画出了汽车转弯时所受合力F的四种方向,你认为正确的是( )
A. B. C. D.
4、如图所示，三段细线长OA=AB=BC，A、B、C三球质量相等，当它们绕O点在光滑的水平桌面上以相同的角速度作匀速圆周运动时，则三段线的拉力为（ ）
A. 1:2:3 B. 6:5:3 C. 3:2:1 D. 9:3:1
5、甲、乙两个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,在相同的时间里甲转过60°,乙转过45 °,则它们的向心力之比为( )
A.1:4 B.2:3 C.4:9 D.9:16
6、质量为 m 的小球，一端固定于 O 点。让其在水平面内做匀速圆周运动，如图所示。已知摆线 长为L ，当小球运动运动的角速度为ω时，求： 摆线受到的拉力F。
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