高一物理向心力與向心加速度1

1、第第2節(jié)向心力與向心加速度節(jié)向心力與向心加速度核心要點(diǎn)突破核心要點(diǎn)突破課堂互動講練課堂互動講練知能優(yōu)化訓(xùn)練知能優(yōu)化訓(xùn)練第第2節(jié)節(jié)課前自主學(xué)案課前自主學(xué)案課標(biāo)定位課標(biāo)定位課標(biāo)定位課標(biāo)定位學(xué)習(xí)目標(biāo)：學(xué)習(xí)目標(biāo)：1.理解向心力和向心加速度的概念理解向心力和向心加速度的概念2能通過實(shí)驗(yàn)探究向心力的大小與質(zhì)量、角速度、能通過實(shí)驗(yàn)探究向心力的大小與質(zhì)量、角速度、半徑的定量關(guān)系半徑的定量關(guān)系3能用牛頓第二定律分析勻速圓周運(yùn)動的向心能用牛頓第二定律分析勻速圓周運(yùn)動的向心力力重點(diǎn)難點(diǎn)：向心力、向心加速度的理解及計(jì)算重點(diǎn)難點(diǎn)：向心力、向心加速度的理解及計(jì)算課前自主學(xué)案課前自主學(xué)案一、向心力及其方向一、向心力及其方向

2、1定義：做圓周運(yùn)動的物體一定會受到一個始終定義：做圓周運(yùn)動的物體一定會受到一個始終指向指向_的的_的作用，這個力叫做向心的作用，這個力叫做向心力力2向心力的方向：向心力的方向總是指向向心力的方向：向心力的方向總是指向_，而線速度的方向總是沿著圓周的切線方向，故向而線速度的方向總是沿著圓周的切線方向，故向心力的方向始終與線速度心力的方向始終與線速度_，即與質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)，即與質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動方向動方向_3作用效果：改變物體的速度作用效果：改變物體的速度_，但不改，但不改變物體的速度變物體的速度_圓心圓心等效力等效力圓心圓心垂直垂直垂直垂直方向方向大小大小二、向心力的大小二、向心力的大小1實(shí)驗(yàn)研究實(shí)驗(yàn)研究F向

3、向與與m、r、的關(guān)系的關(guān)系(1)實(shí)驗(yàn)方法：實(shí)驗(yàn)方法：_(2)結(jié)論：物體的結(jié)論：物體的_越大、越大、_越大、轉(zhuǎn)動越大、轉(zhuǎn)動_越大，物體所需向心力就越大越大，物體所需向心力就越大2大?。何矬w做圓周運(yùn)動需要的向心力與物體的大?。何矬w做圓周運(yùn)動需要的向心力與物體的質(zhì)量成質(zhì)量成_比，與半徑成比，與半徑成_比，與角速度的二次比，與角速度的二次方成方成_比比控制變量法控制變量法質(zhì)量質(zhì)量角速度角速度半徑半徑正正正正正正三、向心加速度三、向心加速度1定義：做勻速圓周運(yùn)動的物體具有的沿定義：做勻速圓周運(yùn)動的物體具有的沿_指指向向_的加速度，叫向心加速度的加速度，叫向心加速度2大小：大?。篴_.3方向：向心加速度的

4、方向時(shí)刻方向：向心加速度的方向時(shí)刻_，且始終指，且始終指向向_4實(shí)質(zhì)：向心加速度是用來描述物體實(shí)質(zhì)：向心加速度是用來描述物體_改變快慢的物理量改變快慢的物理量5對勻速圓周運(yùn)動的理解對勻速圓周運(yùn)動的理解勻速圓周運(yùn)動是加速度勻速圓周運(yùn)動是加速度_時(shí)刻改變，而時(shí)刻改變，而_不變的變速運(yùn)動所以，勻速圓周運(yùn)動不是加速度不變的變速運(yùn)動所以，勻速圓周運(yùn)動不是加速度恒定的運(yùn)動，即不是勻變速運(yùn)動而是變加速運(yùn)動恒定的運(yùn)動，即不是勻變速運(yùn)動而是變加速運(yùn)動半徑半徑圓心圓心2r改變改變圓心圓心速度方向速度方向方向方向大小大小思考感悟思考感悟加速度是描述速度變化快慢的物理量，具體地來加速度是描述速度變化快慢的物理量，具體

5、地來說，勻速圓周運(yùn)動的向心加速度描述什么變化的說，勻速圓周運(yùn)動的向心加速度描述什么變化的快慢？快慢？提示提示：線速度方向變化快慢：線速度方向變化快慢核心要點(diǎn)突破核心要點(diǎn)突破一、對向心力的理解一、對向心力的理解1向心力是效果力，是根據(jù)力的作用效果來命名向心力是效果力，是根據(jù)力的作用效果來命名的向心力也可以理解為：使物體做圓周運(yùn)動的的向心力也可以理解為：使物體做圓周運(yùn)動的力力2向心力的方向：總是沿半徑指向圓心，因?yàn)榉较蛐牧Φ姆较颍嚎偸茄匕霃街赶驁A心，因?yàn)榉较驎r(shí)刻在改變，所以向心力是變力向時(shí)刻在改變，所以向心力是變力3向心力的作用效果：向心力總是指向圓心，而向心力的作用效果：向心力總是指向圓心，而線

6、速度沿圓周的切線方向，故向心力方向始終與線速度沿圓周的切線方向，故向心力方向始終與線速度方向垂直，所以向心力的作用效果是產(chǎn)生線速度方向垂直，所以向心力的作用效果是產(chǎn)生向心加速度，只改變速度的方向，不改變速度的向心加速度，只改變速度的方向，不改變速度的大小，即不改變速率因而，對有固定圓心和半大小，即不改變速率因而，對有固定圓心和半徑的圓周運(yùn)動物體而言，向心力對物體不做功徑的圓周運(yùn)動物體而言，向心力對物體不做功4向心力的來源：可以由重力、彈力、摩擦力等向心力的來源：可以由重力、彈力、摩擦力等提供，也可以是它們的合力，還可以是某個力的提供，也可以是它們的合力，還可以是某個力的分力對于勻速圓周運(yùn)動，所

7、需向心力就是物體分力對于勻速圓周運(yùn)動，所需向心力就是物體所受的合外力而對于非勻速圓周運(yùn)動所受的合外力而對于非勻速圓周運(yùn)動(線速度大線速度大小時(shí)刻改變小時(shí)刻改變)，向心力并非是物體受到的合外力，向心力并非是物體受到的合外力，僅是所受合外力沿半徑方向的分力僅是所受合外力沿半徑方向的分力4物理意義：描述做圓周運(yùn)動的物體線速度方向物理意義：描述做圓周運(yùn)動的物體線速度方向改變快慢的物理量因?yàn)橄蛐募铀俣鹊姆较蚴冀K改變快慢的物理量因?yàn)橄蛐募铀俣鹊姆较蚴冀K指向圓心，與線速度方向垂直，故只改變線速度指向圓心，與線速度方向垂直，故只改變線速度的方向，不改變其大小，所以向心加速度是描述的方向，不改變其大小，所以向心

8、加速度是描述線速度方向變化快慢的物理量向心加速度是勻線速度方向變化快慢的物理量向心加速度是勻速圓周運(yùn)動的瞬時(shí)加速度而不是平均加速度圓速圓周運(yùn)動的瞬時(shí)加速度而不是平均加速度圓周運(yùn)動的切向加速度是描述線速度大小變化快慢周運(yùn)動的切向加速度是描述線速度大小變化快慢的物理量，向心加速度是描述線速度方向變化快的物理量，向心加速度是描述線速度方向變化快慢的物理量慢的物理量三、勻速圓周運(yùn)動及研究方法三、勻速圓周運(yùn)動及研究方法1對勻速圓周運(yùn)動的進(jìn)一步理解對勻速圓周運(yùn)動的進(jìn)一步理解(1)勻速圓周運(yùn)動的特點(diǎn)勻速圓周運(yùn)動的特點(diǎn)線速度大小不變，方向時(shí)刻改變；角速度、周期、線速度大小不變，方向時(shí)刻改變；角速度、周期、頻率

9、都恒定不變；向心加速度和向心力大小都恒頻率都恒定不變；向心加速度和向心力大小都恒定不變，但方向時(shí)刻改變定不變，但方向時(shí)刻改變(2)質(zhì)點(diǎn)做勻速圓周運(yùn)動的條件質(zhì)點(diǎn)做勻速圓周運(yùn)動的條件合外力的大小不變，方向始終與速度方向垂直且合外力的大小不變，方向始終與速度方向垂直且指向圓心，勻速圓周運(yùn)動僅是速度的方向變化而指向圓心，勻速圓周運(yùn)動僅是速度的方向變化而速度的大小不變的運(yùn)動，所以只存在向心加速度，速度的大小不變的運(yùn)動，所以只存在向心加速度，因此向心力就是做勻速圓周運(yùn)動的物體所受的合因此向心力就是做勻速圓周運(yùn)動的物體所受的合外力外力2勻速圓周運(yùn)動的研究方法勻速圓周運(yùn)動的研究方法 (1)基本思路：做勻速圓周

10、運(yùn)動的物體一定需要向基本思路：做勻速圓周運(yùn)動的物體一定需要向心力而物體所受外力的合力充當(dāng)向心力心力而物體所受外力的合力充當(dāng)向心力(2)解題步驟解題步驟明確研究對象，必要時(shí)要將它從轉(zhuǎn)動系統(tǒng)中隔明確研究對象，必要時(shí)要將它從轉(zhuǎn)動系統(tǒng)中隔離出來離出來找出物體做圓周運(yùn)動的軌道平面，找出圓心和找出物體做圓周運(yùn)動的軌道平面，找出圓心和半徑半徑分析運(yùn)動物體的受力情況，從中確定是哪些力分析運(yùn)動物體的受力情況，從中確定是哪些力起向心力作用，千萬別臆想出一個向心力來起向心力作用，千萬別臆想出一個向心力來建立直角坐標(biāo)系建立直角坐標(biāo)系(以指向圓心方向?yàn)橐灾赶驁A心方向?yàn)閤軸的正向軸的正向)，將力正交分解到坐標(biāo)方向?qū)⒘φ?/p>

11、分解到坐標(biāo)方向課堂互動講練課堂互動講練關(guān)于向心力的下列說法中正確的是關(guān)于向心力的下列說法中正確的是()A物體由于做圓周運(yùn)動而產(chǎn)生了一個指向圓心物體由于做圓周運(yùn)動而產(chǎn)生了一個指向圓心的力，就是向心力的力，就是向心力B向心力不能改變做圓周運(yùn)動物體的速度大小向心力不能改變做圓周運(yùn)動物體的速度大小C做勻速圓周運(yùn)動的物體，其向心力是不變的做勻速圓周運(yùn)動的物體，其向心力是不變的D做圓周運(yùn)動的物體，其所受外力的合力的方做圓周運(yùn)動的物體，其所受外力的合力的方向一定指向圓心向一定指向圓心類型一對向心力的理解對向心力的理解【思路點(diǎn)撥】【思路點(diǎn)撥】向心力不是做圓周運(yùn)動的物體另向心力不是做圓周運(yùn)動的物體另外受的力，向

12、心力總是與物體的運(yùn)動方向垂直，外受的力，向心力總是與物體的運(yùn)動方向垂直，其作用效果不改變物體速度大小，只改變速度方其作用效果不改變物體速度大小，只改變速度方向向(提供質(zhì)點(diǎn)的向心加速度所需要的外力提供質(zhì)點(diǎn)的向心加速度所需要的外力)勻速圓勻速圓周運(yùn)動中，向心力大小不變，方向時(shí)刻變化，始周運(yùn)動中，向心力大小不變，方向時(shí)刻變化，始終指向圓心，向心力是變力而非恒力終指向圓心，向心力是變力而非恒力【精講精析】【精講精析】向心力不是由于物體做圓周運(yùn)動向心力不是由于物體做圓周運(yùn)動才產(chǎn)生的，而是物體由于受到指向圓心的向心力才產(chǎn)生的，而是物體由于受到指向圓心的向心力的作用才做圓周運(yùn)動的，選項(xiàng)的作用才做圓周運(yùn)動的，

13、選項(xiàng)A錯誤凡向心力錯誤凡向心力總與做圓周運(yùn)動物體的速度方向垂直，因而不改總與做圓周運(yùn)動物體的速度方向垂直，因而不改變速度的大小，只改變速度的方向，選項(xiàng)變速度的大小，只改變速度的方向，選項(xiàng)B正正確做勻速圓周運(yùn)動的物體的向心力的大小保持確做勻速圓周運(yùn)動的物體的向心力的大小保持不變，而方向時(shí)刻在改變，向心力是一個變力，不變，而方向時(shí)刻在改變，向心力是一個變力，選項(xiàng)選項(xiàng)C錯誤，做勻速圓周運(yùn)動的物體，其合力就錯誤，做勻速圓周運(yùn)動的物體，其合力就是向心力，所以，物體所受外力的合力一定指向是向心力，所以，物體所受外力的合力一定指向圓心；但做變速率圓周運(yùn)動物體所受外力的合力圓心；但做變速率圓周運(yùn)動物體所受外力

14、的合力并不一定指向圓心，一般地說，其合力的一個分并不一定指向圓心，一般地說，其合力的一個分力指向圓心，充當(dāng)向心力，而另一個分力沿圓軌力指向圓心，充當(dāng)向心力，而另一個分力沿圓軌道的切線方向，用來改變速度的大小，選項(xiàng)道的切線方向，用來改變速度的大小，選項(xiàng)D錯錯誤誤【答案】【答案】B變式訓(xùn)練變式訓(xùn)練1如圖如圖421所示，一個水平圓盤可所示，一個水平圓盤可繞通過圓盤中心且垂直于盤面的豎直軸勻速轉(zhuǎn)動，繞通過圓盤中心且垂直于盤面的豎直軸勻速轉(zhuǎn)動，小物塊小物塊A放在圓盤上，且與圓盤保持相對靜止，放在圓盤上，且與圓盤保持相對靜止，則物塊則物塊A的受力情況是的受力情況是()A重力、支持力重力、支持力B重力、支持

15、力和指向圓心的摩擦力重力、支持力和指向圓心的摩擦力C重力、支持力、向心力和摩擦力重力、支持力、向心力和摩擦力D以上說法均不正確以上說法均不正確圖圖421解析：解析：選選B.水平圓盤勻速轉(zhuǎn)動，物塊水平圓盤勻速轉(zhuǎn)動，物塊A放在圓盤放在圓盤上，且與圓盤保持相對靜止，則物塊上，且與圓盤保持相對靜止，則物塊A必繞軸在必繞軸在水平面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動，一定有外力提供它做水平面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動，一定有外力提供它做勻速圓周運(yùn)動所需要的向心力，物塊勻速圓周運(yùn)動所需要的向心力，物塊A在圓盤上在圓盤上受重力受重力(豎直向下豎直向下)、支持力、支持力(豎直向上豎直向上)，這兩個力，這兩個力都不能提供向心力都不能提供向心

16、力(向心力沿水平方向向心力沿水平方向)，那么只有，那么只有圓盤對物塊圓盤對物塊A的靜摩擦力提供向心力，才能使物的靜摩擦力提供向心力，才能使物塊塊A做勻速圓周運(yùn)動故選做勻速圓周運(yùn)動故選B.類型二對向心加速度的理解對向心加速度的理解(2011年正定高一檢測年正定高一檢測)如圖如圖422所示為所示為A、B兩質(zhì)點(diǎn)做勻速圓周運(yùn)動的向心加速度隨半徑兩質(zhì)點(diǎn)做勻速圓周運(yùn)動的向心加速度隨半徑變化的圖象，其中變化的圖象，其中A為雙曲線的一個分支，則由為雙曲線的一個分支，則由圖象可知圖象可知()AA質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動的線速度隨質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動的線速度隨r增大而減小增大而減小BA質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動的角速度大小不變質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動的角速度大小不變CB質(zhì)點(diǎn)

17、運(yùn)動的角速度大小不變質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動的角速度大小不變DB質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動的線速度大小不變質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動的線速度大小不變圖圖422【思路點(diǎn)撥】【思路點(diǎn)撥】【自主解答】【自主解答】【答案】【答案】C【方法總結(jié)】【方法總結(jié)】解決向心加速度隨各物理量變化解決向心加速度隨各物理量變化關(guān)系時(shí)，關(guān)鍵要分清變量和不變量，結(jié)合公式討關(guān)系時(shí)，關(guān)鍵要分清變量和不變量，結(jié)合公式討論論(1)當(dāng)角速度當(dāng)角速度一定時(shí)，線速度一定時(shí)，線速度v與圓半徑與圓半徑r成正比；成正比；向心加速度向心加速度a也與圓半徑也與圓半徑r成正比成正比(2)當(dāng)線速度當(dāng)線速度v一定時(shí)，角速度一定時(shí)，角速度與圓半徑與圓半徑r成反比；成反比；向心加速度向心加速度a也與圓半徑

18、也與圓半徑r成反比成反比(3)當(dāng)圓半徑當(dāng)圓半徑r一定時(shí)，線速度一定時(shí)，線速度v與角速度與角速度成正比；成正比；向心加速度向心加速度a與線速度的平方與線速度的平方v2成正比，也與角速成正比，也與角速度的平方度的平方2成正比成正比變式訓(xùn)練變式訓(xùn)練2甲、乙兩質(zhì)點(diǎn)分別做勻速圓周運(yùn)動，甲、乙兩質(zhì)點(diǎn)分別做勻速圓周運(yùn)動，則下列說法中正確的是則下列說法中正確的是()A線速度大的質(zhì)點(diǎn)加速度一定大線速度大的質(zhì)點(diǎn)加速度一定大B角速度大的質(zhì)點(diǎn)加速度一定大角速度大的質(zhì)點(diǎn)加速度一定大C向心加速度大的質(zhì)點(diǎn)向心力一定大向心加速度大的質(zhì)點(diǎn)向心力一定大D向心加速度大的質(zhì)點(diǎn)速度一定變化快向心加速度大的質(zhì)點(diǎn)速度一定變化快解析：解析：

19、選選D.長為長為L的細(xì)線，拴一質(zhì)量為的細(xì)線，拴一質(zhì)量為m的小球，一端的小球，一端固定于固定于O點(diǎn)，讓其在水平面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動，點(diǎn)，讓其在水平面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動，如圖如圖423所示擺線所示擺線L與豎直方向的夾角為與豎直方向的夾角為時(shí)，求：時(shí)，求：(1)線的拉力線的拉力F；(2)小球運(yùn)動的線速度的大??；小球運(yùn)動的線速度的大小；(3)小球運(yùn)動的角速度及周期小球運(yùn)動的角速度及周期類型三勻速圓周運(yùn)動的問題勻速圓周運(yùn)動的問題圖圖423【思路點(diǎn)撥】【思路點(diǎn)撥】對于勻速圓周運(yùn)動的問題應(yīng)按如下步對于勻速圓周運(yùn)動的問題應(yīng)按如下步驟分析：受力分析驟分析：受力分析確定向心力確定向心力列方程求解列方程求解【精講精析】

20、【精講精析】做勻速圓周運(yùn)動的小球受力如圖做勻速圓周運(yùn)動的小球受力如圖424所示，小球受重力所示，小球受重力mg和繩子的拉力和繩子的拉力F作用作用(1)因?yàn)樾∏蛟谒矫鎯?nèi)做勻速圓周運(yùn)動，所以小球受因?yàn)樾∏蛟谒矫鎯?nèi)做勻速圓周運(yùn)動，所以小球受到的合力指向圓心，且是水平方向到的合力指向圓心，且是水平方向由平行四邊形定則得小球受到由平行四邊形定則得小球受到的合力大小為的合力大小為F合合mgtan，細(xì)線對小球的拉力大小為：細(xì)線對小球的拉力大小為：圖圖424【答案】【答案】見精講精析見精講精析【方法總結(jié)】【方法總結(jié)】圓錐擺中轉(zhuǎn)動的小球做勻速圓周圓錐擺中轉(zhuǎn)動的小球做勻速圓周運(yùn)動的圓心在圓形運(yùn)動軌跡的圓心上，而不在懸運(yùn)動的圓心在圓形運(yùn)動軌跡的圓心上，而不在懸點(diǎn)它做勻速圓周運(yùn)動的向心力由細(xì)線的拉力和點(diǎn)它做勻速圓周運(yùn)動的向