【講與練】高中物理人教版(2019)必修2：6.2 向心力第1課時(shí)向心力課件

第六章圓周運(yùn)動(dòng)2向心力第1課時(shí)向心力課前預(yù)習(xí)反饋課內(nèi)互動(dòng)探究課堂達(dá)標(biāo)檢測(cè)目標(biāo)體系構(gòu)建易錯(cuò)辨析警示課堂小結(jié)目標(biāo)體系構(gòu)建1．通過(guò)實(shí)驗(yàn)，探究并了解勻速圓周運(yùn)動(dòng)向心力大小與半徑、角速度、質(zhì)量的關(guān)系。2．能用牛頓第二定律分析勻速圓周運(yùn)動(dòng)的向心力。課前預(yù)習(xí)反饋

向心力

知識(shí)點(diǎn)

11．定義：做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體所受的指向________的力。2．作用：只改變速度的________。3．來(lái)源：①向心力是按力的____________來(lái)命名的。②做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體的向心力是由某個(gè)力或者幾個(gè)力的________提供的。圓心方向作用效果合力『判一判』(1)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體的向心力是恒力。(

)(2)向心力和重力、彈力一樣，都是根據(jù)力的性質(zhì)命名的。(

)(3)向心力可以是物體受到的某一個(gè)力，也可以是物體受到的合力。(

)(4)向心力的作用是改變物體的速度方向。(

)(5)變速圓周運(yùn)動(dòng)的向心力并不指向圓心。(

)××√√×『選一選』(2022·黑龍江高一下學(xué)期期中)關(guān)于向心力的說(shuō)法正確的是(

)A．物體由于做圓周運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生了向心力B．向心力就是物體受到的合外力C．做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體其向心力是不變的D．向心力不改變圓周運(yùn)動(dòng)物體速度的大小D解析：物體做圓周運(yùn)動(dòng)就需要向心力，向心力是由外界提供的，不是物體本身產(chǎn)生的，故A錯(cuò)誤；勻速圓周運(yùn)動(dòng)中合力提供向心力，合力與向心力一定不相等，故B錯(cuò)誤；向心力始終指向圓心，方向時(shí)刻在改變，則向心力是變化的，故C錯(cuò)誤；向心力的方向與速度方向垂直，不改變速度的大小，只改變速度的方向，故D正確。變速圓周運(yùn)動(dòng)和一般曲線運(yùn)動(dòng)的受力特點(diǎn)

知識(shí)點(diǎn)

21．變速圓周運(yùn)動(dòng)的受力特點(diǎn)①指向圓心的分力Fn提供__________，改變物體速度的________。②沿切向方向的分力Ft改變速度的________，與速度方向相同時(shí)，物體速度________，與速度方向相反時(shí)，物體速度________。向心力方向大小增大減小2．一般曲線運(yùn)動(dòng)的受力特點(diǎn)①處理方法：可以把一般的曲線分割成許多________的小段，看作一小段圓弧。②用處理____________的方法研究物體在每一小段圓弧上的運(yùn)動(dòng)。很短圓周運(yùn)動(dòng)√『想一想』如圖所示，用繩子拴著小球轉(zhuǎn)動(dòng)。如果使小球越轉(zhuǎn)越快，必須用越來(lái)越大的力拉住繩子，同時(shí)繩子也越來(lái)越接近水平。分析一下，繩子可能被拉至水平嗎？答案：不可能。對(duì)小球受力分析可知，小球受重力和拉力作用，當(dāng)小球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，合力指向圓心，所以豎直方向合力為零，拉力的豎直分量和重力相平衡，因此繩子不可能被拉至水平。課內(nèi)互動(dòng)探究探究

向心力的理解及來(lái)源要點(diǎn)提煉1.向心力的作用效果改變線速度的方向。由于向心力始終指向圓心，其方向與物體運(yùn)動(dòng)方向始終垂直，故向心力不改變線速度的大小。2．向心力的特點(diǎn)(1)方向時(shí)刻在變化，總是與線速度的方向垂直。(2)在勻速圓周運(yùn)動(dòng)中，向心力大小不變，向心力是變力，是一個(gè)按效果命名的力。典例剖析

(多選)如圖所示，在粗糙水平木板上放一個(gè)物塊，使木板和物塊一起在豎直平面內(nèi)沿逆時(shí)針?lè)较蜃鰟蛩賵A周運(yùn)動(dòng)，ab為水平直徑，cd為豎直直徑，在運(yùn)動(dòng)中木板始終保持水平，物塊相對(duì)于木板始終靜止，重力加速度為g，則(

)A．物塊始終受到三個(gè)力作用B．物塊受到的合力始終指向圓心C．在c、d兩個(gè)位置，物塊所受支持力FN＝mg，摩擦力f為零D．在a、b兩個(gè)位置，物塊所受摩擦力提供向心力，支持力FN＝mg典題1BD解析：物塊在豎直平面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，受到的重力與支持力在豎直方向上，c、d兩個(gè)位置物塊所受的向心力由重力和支持力的合力提供，摩擦力為零，重力與支持力不相等，其他時(shí)候要受到摩擦力的作用，故A、C錯(cuò)誤；物塊在豎直平面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，合力就是向心力，勻速圓周運(yùn)動(dòng)的向心力指向圓心，故B正確；物塊在b位置受力如圖所示，因物塊做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，故合力指向圓心，支持力FN＝mg，摩擦力f提供向心力，同理可得，在a位置的情形相同，故D正確。向心力可以是彈力、摩擦力，也可以是物體受到的幾個(gè)力的合力或某個(gè)力的分力。勻速圓周運(yùn)動(dòng)中合力提供向心力，合力的方向一定指向圓心。

如圖所示，一傾斜的勻質(zhì)圓盤(pán)繞垂直于盤(pán)面的固定對(duì)稱軸以恒定的角速度轉(zhuǎn)動(dòng)，盤(pán)面上離轉(zhuǎn)軸一定距離處有一小物體與圓盤(pán)始終保持相對(duì)靜止。下列說(shuō)法正確的是(

)A．物體在最高點(diǎn)時(shí)所受靜摩擦力的方向一定指向圓心B．物體在最低點(diǎn)時(shí)所受靜摩擦力的方向可能背向圓心C．物體在最高點(diǎn)時(shí)所受靜摩擦力可能是運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的最大值D．物體在最低點(diǎn)時(shí)所受靜摩擦力一定是運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的最大值對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練?D解析：

物體在最高點(diǎn)時(shí)由重力沿盤(pán)面向下的分力和靜摩擦力f的合力提供向心力，所以靜摩擦力的方向不一定指向圓心，也可能背向圓心，A錯(cuò)誤；物體在最低點(diǎn)時(shí)重力沿盤(pán)面向下的分力和靜摩擦力的合力沿盤(pán)面向上，靜摩擦力的方向一定指向圓心，B錯(cuò)誤；物體在最低點(diǎn)時(shí)，有f－mgsinθ＝mω2r，式中θ為圓盤(pán)與水平面的夾角，ω為圓盤(pán)的角速度，r為物體的轉(zhuǎn)動(dòng)半徑，可知此時(shí)靜摩擦力是運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的最大值，C錯(cuò)誤，D正確。探究

勻速圓周運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)及處理方法要點(diǎn)提煉1.勻速圓周運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)線速度大小不變、方向時(shí)刻改變；角速度、周期、頻率都恒定不變；向心力大小都恒定不變，但方向時(shí)刻改變。2．勻速圓周運(yùn)動(dòng)的性質(zhì)(1)線速度僅大小不變而方向時(shí)刻改變，是變速運(yùn)動(dòng)。(2)向心力僅大小恒定而方向時(shí)刻改變，是非勻變速曲線運(yùn)動(dòng)。(3)勻速圓周運(yùn)動(dòng)具有周期性，即每經(jīng)過(guò)一個(gè)周期物體都要重新回到原來(lái)的位置，其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)(如v、a大小及方向)也要重復(fù)原來(lái)的情況。(4)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體所受外力的合力大小恒定，方向總是沿半徑指向圓心。3．從動(dòng)力學(xué)角度處理勻速圓周運(yùn)動(dòng)的思路和方法(1)勻速圓周運(yùn)動(dòng)問(wèn)題的解題模型(2)模型突破解決勻速圓周運(yùn)動(dòng)依據(jù)的規(guī)律是牛頓第二定律和勻速圓周運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)公式，因此求物體所受的合力，并選擇圓周運(yùn)動(dòng)的公式是解決這類問(wèn)題的關(guān)鍵。此外，弄清物體圓形軌道所在的平面，明確圓心和半徑也是解題的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。典例剖析

(多選)一個(gè)內(nèi)壁光滑的圓錐筒的軸線是豎直的，圓錐固定，有質(zhì)量相同的兩個(gè)小球A和B貼著筒的內(nèi)壁在水平面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，如圖所示，A的運(yùn)動(dòng)半徑較大，則(

)A．A球的角速度必小于B球的角速度B．A球的線速度必小于B球的線速度C．A球運(yùn)動(dòng)的周期必大于B球運(yùn)動(dòng)的周期D．A球?qū)ν脖诘膲毫Ρ卮笥贐球?qū)ν脖诘膲毫Φ漕}2AC思路引導(dǎo)：取物體為研究對(duì)象，畫(huà)出受力分析圖，找出向心力，根據(jù)牛頓第二定律解題。由于A球運(yùn)動(dòng)的半徑大于B球運(yùn)動(dòng)的半徑，由①式可知A球的角速度必小于B球的角速度；由②式可知A球的線速度必大于B球的線速度；由③式可知A球的運(yùn)動(dòng)周期必大于B球的運(yùn)動(dòng)周期；由④式可知A球?qū)ν脖诘膲毫σ欢ǖ扔贐球?qū)ν脖诘膲毫?。選項(xiàng)A、C正確。C探究

變速圓周運(yùn)動(dòng)的分析思路要點(diǎn)提煉1.一般的曲線運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)軌跡既不是直線也不是圓周的曲線運(yùn)動(dòng)，稱為一般的曲線運(yùn)動(dòng)，如圖所示。3．勻速圓周運(yùn)動(dòng)與變速圓周運(yùn)動(dòng)的比較典例剖析

一般的曲線運(yùn)動(dòng)可以分成很多小段，每小段都可以看成圓周運(yùn)動(dòng)的一部分，即把整條曲線用一系列不同半徑的小圓弧來(lái)代替。如圖(a)所示，曲線上的A點(diǎn)的曲率圓定義為：通過(guò)A點(diǎn)和曲線上緊鄰A點(diǎn)兩側(cè)的兩點(diǎn)作一圓，在極限情況下，這個(gè)圓就叫作A點(diǎn)的曲率圓，其半徑ρ叫作A點(diǎn)的曲率半徑?，F(xiàn)將一物體沿與水平面成α角的方向以速度v0拋出，如圖(b)所示。則在其軌跡最高點(diǎn)P處的曲率半徑是(

)典題3C思路引導(dǎo)：應(yīng)用運(yùn)動(dòng)的合成與分解知識(shí)及圓周運(yùn)動(dòng)規(guī)律求解，充分體會(huì)一般的曲線運(yùn)動(dòng)的處理方法。D解析：物體做加速曲線運(yùn)動(dòng)，合力不為零，A錯(cuò)誤；物體做速度大小變化的圓周運(yùn)動(dòng)，合力不指向圓心，合力沿半徑方向的分力等于向心力，合力沿切線方向的分力使物體速度變大，即除在最低點(diǎn)外，物體的速度方向與合力的方向夾角為銳角，合力方向與速度方向不垂直，B、C錯(cuò)誤，D正確。課堂小結(jié)易錯(cuò)辨析警示易錯(cuò)點(diǎn)：對(duì)向心力及圓周運(yùn)動(dòng)的理解不透徹而致錯(cuò)

有一種叫“飛椅”的游樂(lè)項(xiàng)目，示意圖如圖所示，長(zhǎng)為L(zhǎng)的鋼繩一端系著座椅，另一端固定在半徑為r的水平轉(zhuǎn)盤(pán)邊緣，轉(zhuǎn)盤(pán)可繞穿過(guò)其中心的豎直軸轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)轉(zhuǎn)盤(pán)以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，鋼繩與轉(zhuǎn)軸在同一豎直平面內(nèi)，與豎直方向的夾角為θ。不計(jì)鋼繩的重力，求轉(zhuǎn)盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度ω與夾角θ的關(guān)系(重力加速度為g)。案例素養(yǎng)警示在應(yīng)用公式F＝m時(shí)，應(yīng)注意公式中各物理量的含義，m是指做圓周運(yùn)動(dòng)的物體的質(zhì)量，v是做圓周運(yùn)動(dòng)的物體的線速度，r是指做圓周運(yùn)動(dòng)的物體運(yùn)動(dòng)的圓軌道半徑，在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)特別注意速度v和軌道半徑r的確定。課堂達(dá)標(biāo)檢測(cè)一、向心力1．(2022·上海高一月考)如圖所示，汽車(chē)在一水平公路上轉(zhuǎn)彎時(shí)，汽車(chē)的運(yùn)動(dòng)可視為勻速圓周運(yùn)動(dòng)。下列關(guān)于汽車(chē)轉(zhuǎn)彎時(shí)的說(shuō)法正確的是(

)A．汽車(chē)處于平衡狀態(tài)B．汽車(chē)的向心力由重力和支持力提供C．汽車(chē)的向心力由摩擦力提供D．汽車(chē)的向心力由支持力提供C解析：汽車(chē)轉(zhuǎn)彎時(shí)存在向心加速度，運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不斷變化，所以不是處于平衡狀態(tài)，故A錯(cuò)誤；汽車(chē)在水平面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，重力和支持力都沿豎直方向，不可能提供向心力，所以提供向心力的一定是在水平方向的摩擦力，故B、D錯(cuò)誤，C正確。2.(2022·河北省承德高一月考)如圖所示，一豎直圓盤(pán)上固定著一個(gè)質(zhì)量為0.2kg的小球(可視為質(zhì)點(diǎn))，小球與圓盤(pán)圓心O的距離為5cm?，F(xiàn)使圓盤(pán)繞過(guò)圓心O的水平軸以10rad/s的角速度勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，重力加速度g取10m/s2，當(dāng)小球運(yùn)動(dòng)到O點(diǎn)正上方時(shí)圓盤(pán)對(duì)小球的作用力為F1，當(dāng)小球運(yùn)動(dòng)到O點(diǎn)正下方時(shí)圓盤(pán)對(duì)小球的作用力為F2，則(

)A．F1＝1N

F2＝3N B．F1＝2N

F2＝4NC．F1＝2N

F2＝3N D．F1＝1N

F2＝4NA解析：小球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，在最高點(diǎn)，重力和所需的向心力方向均向下，故F1一定在豎直方向，由牛頓第二定律可得F1＋mg＝mrω2，解得F1＝－1N，即大小為1N，方向豎直向上，在最低點(diǎn)，重力方向豎直向下，所需向心力豎直向上，故F2一定豎直向上，由牛頓第二定律可得F2－mg＝mrω2，解得F2＝3N，A正確。二、變速圓周運(yùn)動(dòng)和一般曲線運(yùn)動(dòng)的受力特點(diǎn)3．如圖所示，物塊P置于水平轉(zhuǎn)盤(pán)上隨轉(zhuǎn)盤(pán)一起運(yùn)動(dòng)，圖中c方向沿半徑指向圓心，a方向與c方向垂直。當(dāng)轉(zhuǎn)盤(pán)逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，下列說(shuō)法正確的是(

)A．當(dāng)轉(zhuǎn)盤(pán)