向心力向心加速度导学案
编制:奚妍 审核: 高一物理组
学习目标>>
知道什么是向心力,知道它的来源,理解它是一种效果力
知道向心力大小与哪些因素有关。理解公式的确切含义,并能用来进行计算
知道向心加速度和线速度、角速度的关系式
能够运用向心加速度公式求解有关问题
重点: 向心力概念,向心力的大小和方向是本节重点。
难点: 变速圆周运动特点及研究方法则是本节难点。
预习案 Previewing Case
(1·通读教材,勾画出本节内容的基本概念完成教材助读预习自测设置的问题 2·独立完成,限时15分钟)
一·知识准备:
力与运动的关系
①力与速度同一直线,力只改变速度 ,不改变速度 。
②力与速度垂直,力只改变速度 ,不改变速度 。
③力与速度成其它任意角度, 。
二·教材助读:
阅读课本第五节和第六节完成下列填空
1、什么是向心力、向心加速度?
(1)做匀速圆周运动的物体受到的始终指向 的合力,叫做向心力。
注意:向心力是根据力的作用效果命名的,不是一种新的性质的力。向心力的作用效果:只改变运动物体的速度方向,不改变速度大小。
(2)做匀速圆周运动物体的沿半径指向 的加速度,叫做向心加速度。
2、向心加速度和向心力的大小怎样计算?
(1)、向心加速度公式:a= = =
(2)、向心力公式: F= = =
3、匀速圆周运动是匀变速曲线运动吗? 。
三·预习自测---------细心才对,思考才会
1、分析下面各种匀速圆周运动中向心力是由哪些力提供?
玻璃球沿碗(透明)的内壁在水平面内运动;或者漏斗里的运动,如图。(不计摩擦)
②圆锥摆运动:细线下面悬挂一钢球,细线上端固定,设法使小球在水平面面上做圆周运动。
2 、 如图所示,小物体A与圆盘保持相对静止,跟着圆盘一起作匀速圆周运动,则A的受力情况是( )
A、受重力、支持力 B、受重力、支持力和指向圆心的摩擦力
C、重力、支持力、向心力、摩擦力 D、以上均不正确
我的疑惑
请将预习中未能解决的问题和有疑惑的问题写下来,待课堂上与老师同学探究解决:
探究案 Exploring Case
一·学始于疑------我思考,我快乐
锋芒初试
二·质疑探究--------质疑解疑,合作探究
探究点1:向心加速度
问题1、速度变化量
请在图中标出速度变化量△v
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问题2、向心加速度方向理论分析
(请同学们阅读教材p21页“做一做”栏目,并思考以下问题:)
(1)在A、B两点画速度矢量vA和vB时,要注意什么
(2)将vA的起点移到B点时要注意什么
(3)如何画出质点由A点运动到B点时速度的变化量△V?
(4)△v/△t表示的意义是什么
(5) △v的延长线并不通过圆心,为什么说这个加速度是“指向圆心”的
问题3、学生思考并完成课本第22页“思考与讨论”栏目中提出的问题:
从公式an=v2/r看,向心加速度an与圆周运动的半径r成反比;从公式an=ω2r看,向心加速度an与半径r成正比。这两个结论是否矛盾?
探究点2:向心力的特点和来源:
问题1:有一小球在细线的牵引下,在光滑水平面做匀速圆周运动,
(1)试分析一下小球的受力情况
(2)我们把这个图画成俯视图,我们会发现,做匀速圆周运动的小球,不管运动到哪一位置,小球的合外力有什么特点?
问题2:用一细绳吊着一小球让它在水平面上做匀速圆周运动。如图所示:
(1)试分析一下小球的受力情况
(2)在运动中,小球的合外力有什么特点
由以上二个问题,总结一下向心力有哪些特点:
练习:分析以下两种情况向心力的来源:
探究点3、向心力的大小与哪些因素有关:
例题:如图所示,一圆锥摆摆长为L,下端拴着质量为m的小球,当绳子与竖直方向成θ角时,绳的拉力大小是多少?圆锥摆的周期是多少?
当堂检测:―――有效训练,反馈矫正
1.下列关于向心加速度的说法中,正确的是………………………( )
A.向心加速度的方向始终与速度的方向垂直
B.向心加速度的方向保持不变
C.在匀速圆周运动中,向心加速度是恒定的
D.在匀速圆周运动中,向心加速度的大小不断变化
2.甲、乙两个物体都做匀速圆周运动.转动 ( http: / / www.21cnjy.com )半径比为3:4,在相同的时间里甲转过60圈时,乙转过45圈,则它们所受的向心加速度之比为……………………( )
A.3:4 B.4;3 C.4:9 D.9:16
3.如图,A、B、C三轮半径之比为3∶2∶ ( http: / / www.21cnjy.com )1,A与B共轴,B与C用不打滑的皮带轮传动,则A、B、C三轮的轮缘上各点的线速度大小之比为______,角速度大小之比为________,转动的向心加速度大小之比为__________.
4.关于北京和广州随地球自转的向心加速度,下列说法中正确的是( )
A.它们的方向都沿半径指向地心
B.它们的方向都在平行赤道的平面内指向地轴
C.北京的向心加速度比广州的向心加速度大
D.北京的向心加速度比广州的向心加速度小
5 . A、B两质点均做匀速圆周运动,mA∶mB=RA∶RB=1∶2,当A转60转时,B正好转45转,则两质点所受向心力之比为多少
三·我的知识网络图---------归纳总结,串联整合
有错必改(将你的错误记录在这)
我的收获(反思静悟,体会成功)
课堂小结: 1:物体除受到各个作用力外,还受一个向心力吗?
2:用向心力公式求解有关问题时的解题步骤如何?
课堂评价:_________________________________
训练案 Training Case
学习建议:完成课后训练案需定时训练,时间不超过70分钟。独立完成,不要讨论交流。全部做完后在参考答案查找问题
1.下列说法正确的是
A.匀速圆周运动是一种匀速运动
B.匀速圆周运动是一种匀变速运动
C.匀速圆周运动是一种变加速运动
D.物体做圆周运动时其合力不改变线速度的大小
2.下列关于向心力的论述中,正确的是:( ( http: / / www.21cnjy.com ) )
A.物体做圆周运动后,过一段时间后就会受到向心力
B.向心力与重力、弹力、摩擦力一样是一种特定的力,它只有物体做圆周运动时才产生。
C.向心力可以是重力、弹力、摩擦力等力中的某一种力,也可以是这些力中某几个力的合力。
D.向心力既可能改变物体运动的方向,又可能改变物体运动的快慢
3.一个匀速圆周运动的物体,它的转速如果增加到原来的4倍,轨道半径变为原来的1/4,则向心加速度为:
A.与原来的相同 B.原来的4倍
C.原来的8倍 D.原来的16倍
4.关于质点做匀速圆周运动的下列说法中,正确的是( )
A.由a=v2/r可知,a与r成反比 B.由a=ω2r可知,a与r成正比
C.由v=ωr可知,ω与r成反比 D.由ω=2π/T可知,ω与T成反比
5.如图所示,在匀速转动的圆筒内壁上紧靠着一个物体一起运动,物体所受向心力是
A.重力 B.弹力
C.静摩擦力 D.滑动摩擦力
6.如图所示的两轮以皮带传动,没有打滑,A、B、C三点的位置关系如图,若r1>r2,O1C=r2,则三点的向心加速度的关系为( )
A.aA=aB=aC B.aC>aA>aB
C.aC
aA
7.汽车在半径为R的水平弯道上转弯,车轮与地面的摩擦系数为μ,那么汽车行驶的最大速率为_____。
8.一个做匀速圆周运动的物 ( http: / / www.21cnjy.com )体若其半径不变,角速度增加为原来的2倍时,所需的向心力比原来增加了60 N,物体原来所需的向心力是 N.
9. 一个2.0kg的物体在半径是1.6m的圆周上以4m/s的速率运动,向心加速度多大?所需向心力多大?
10.内壁光滑圆锥筒固定不动,其轴线竖直,如图,两质量相同的小球A和B紧贴内壁分别在图示所在的水平面内做匀速圆周运动,则 ( )
A.A球的线速度必定大于B球的线速度
A球对筒壁的压力必定大于B球对筒壁的压力
A球的角速度必定大于B球的角速度
D.A球的运动周期必定大于B球的运动周期
11.如图所示,一圆盘可以绕一个通过圆盘中心且垂直于盘面的竖直轴转动,在圆盘上放置一木块,当圆盘匀速转动时,木块随圆盘一起运动,那么( )
A、木块受到圆盘对它的摩擦力,方向背离圆盘中心
B、木块受到圆盘对它的摩擦力,方向指向圆盘中心
C、因为木块与圆盘一起做匀速转动,所以它们之间没有摩擦力
D、因为摩擦力总是阻碍物体运动的,所以木块受到圆盘对它的摩擦力的方向与木块运动方向相反
12.关于做匀速圆周运动的物体的线速度、角速度、周期与向心加速度的关系,下列说法中正确的是( )
A.角速度大的向心加速度一定大
B.线速度大的向心加速度一定大
C.线速度与角速度乘积大的向心加速度一定大
D.周期小的向心加速度一定大
13. 如图所示为质点P、Q做匀速圆周 ( http: / / www.21cnjy.com )运动的向心加速度随半径变化的图线.表示质点P的图线是双曲线,表示质点Q的图线是过原点的一条直线.由图线可知( )
A.质点P的线速度大小不变
B.质点P的角速度大小不变
C.质点Q的角速度不变
D.质点Q的线速度大小不变
14.关于向心加速度的物理意义,下列说法正确的是( )
A它描述的是线速度方向变化的快慢?B.它描述的是期变化快慢
C它是线速度大小变化的快慢? D.它描述的是角速度变化的快慢?
15.某变速箱中有甲、乙、丙三个齿轮,如图所示,其半径分别为r1、r2、r3,若甲轮的角速度为ω,则丙轮边缘上某点的向心加速度为( )
A. B.C. D.
16.如图所示传送装置中,三个轮的半径分别为R,2R,4R;则图中A,B,C各点的线速度之比为 ;角速度之比为 ;加速度之比为 。
二·综合训练题----------挑战高手,我能行!
17.如图所示,细绳一端系着质量为M=0.6kg的物体,静止在水平面上,另一端通过光滑小孔吊着质量为m=0.3kg的物体,M与圆孔的距离为0.2m.M和水平面的最大静摩擦力为2N.现使此平面绕中心轴转动.问角速度ω在什么范围内,m会处于静止状态 (g=10m/s2)
18.如图所示,已知水平杆长L1= ( http: / / www.21cnjy.com )0.1米,绳长L2=0.2米,小球m的质量m=0.3千克,整个装置可绕竖直轴转动,当该装置以某一角速度转动时,绳子与竖直方向成30°角.g取10m/s2,求:
(1)试求该装置转动的角速度;
(2)此时绳的张力是多大?
三·拓展训练题----------战胜自我,成就自我!
19.质量为1.0kg的物体放在可 ( http: / / www.21cnjy.com )绕竖直轴转动的水平圆盘上,物体与转轴间用轻弹簧相连.物体与转盘问最大静摩擦力是重力的0.1倍,弹簧的劲度系数为600 N/m,原长为4cm,此时圆盘处于静止状态,如图所示.
(1)圆盘开始转动后,要使物体与圆盘保持相对静止,圆盘的最大角速度ω0=
(2)当角速度达到2ω0时,弹簧的伸长量X= .(g取10m/s2)
思考问题1:变速圆周运动及研究方法:
当物体沿圆周运动,不仅速度方向不断变化,其大小也在不断变化,这样的圆周运动称为变速圆周运动。物体做变速圆周运动的原因是所受合外力的方向不是始终指向圆心,这时合外力的作用效果是:使物体产生向心加速度的同时,产生切向加速度。匀速圆周运动可看作变速圆周运动的一个特例。
思考问题2:一般曲线运动及研究方法:运动轨迹 ( http: / / www.21cnjy.com )既不是直线也不是圆周的曲线运动,可称为一般曲线运动。研究时,可将曲线分割为许多极短的小段,每一段均可看作圆弧,这样即可采用圆周运动的分析方法进行处理了。
L
θ
m
A
B
r1
r2
r3
甲
乙
丙
ω
L1
L2
300
r1
r2