新教材同步系列2024春高中物理第六章圓周運(yùn)動2向心力課件新人教版必修第二冊

第六章圓周運(yùn)動2向心力學(xué)習(xí)目標(biāo)學(xué)法指導(dǎo)1.理解向心力的概念，知道向心力的方向和作用效果2．學(xué)會探究向心力大小的方法，掌握向心力計算公式3．了解變速圓周運(yùn)動和一般曲線運(yùn)動的受力特點(diǎn)1.通過生活中的實例，理解向心力的概念和特點(diǎn)，知道向心力的來源2．通過實驗探究，理解向心力的表達(dá)式，并能結(jié)合牛頓運(yùn)動定律分析相關(guān)問題3．通過受力分析和微元思想分析一般的曲線運(yùn)動知識導(dǎo)圖課前·

自主預(yù)習(xí)1．定義做勻速圓周運(yùn)動的物體所受的合力總指向______，這個指向圓心的力叫作__________．2．方向始終沿半徑的方向指向________．3．效果只改變____________，向心力是根據(jù)________________命名的．向心力圓心向心力圓心速度的方向力的作用效果4．來源由________或者_(dá)_____________提供，還可以由某個力的分力來提供．某個力幾個力的合力做勻速圓周運(yùn)動的向心力是恒力嗎？物體由于做勻速圓周運(yùn)動而產(chǎn)生向心力嗎？【答案】向心力方向指向圓心，不斷變化，不是恒力．是向心力使得物體做圓周運(yùn)動，而不是做圓周運(yùn)動產(chǎn)生向心力．1．決定因素向心力大小由物體質(zhì)量、角速度(或線速度)、軌道半徑三個因素決定．2．表達(dá)式(1)Fn＝________，(2)Fn＝__________．向心力的大小mω2r(2023年廣州廣雅中學(xué)期末)小明同學(xué)乘坐高鐵分別以不同速率v1、v2通過同一水平圓弧形彎道，且v1>v2.若小明所需向心力的大小分別為F1、F2，則

(

)A．F1<F2 B．F1＝F2C．F1>F2 D．F1、F2的大小關(guān)系無法確定【答案】C1．變速圓周運(yùn)動變速圓周運(yùn)動所受合外力________向心力，合外力產(chǎn)生兩個方面的效果．(1)合外力F分解成一個與圓周相切的分力Ft，此力產(chǎn)生____________，能描述速度__________的快慢．(2)合外力F分解成另一個與圓周切線垂直而指向圓心的分力Fn，此分力產(chǎn)生______________，其作用效果就是引起速度___________.變速圓周運(yùn)動和一般曲線運(yùn)動不等于切向加速度大小變化向心加速度方向變化2．一般的曲線運(yùn)動的處理方法一般的曲線運(yùn)動中，可以把一段曲線分割成許多很短的小段，每一小段可看作一小段________，質(zhì)點(diǎn)沿一般曲線運(yùn)動時，可以采用圓周運(yùn)動的處理方法進(jìn)行處理．圓弧如圖是圓錐擺示意圖．思考以下問題(擺球質(zhì)量為m，擺線長L)：(1)擺球受幾個力的作用？(2)擺球做勻速圓周運(yùn)動的向心力是多大？(3)當(dāng)擺球的角速度增大時，半徑怎樣變化？【答案】(1)兩個力，重力和繩子拉力．(2)Fn＝mgtanθ(3)根據(jù)Fn＝mω2r＝mgtanθ，r＝Lsinθ，知ω增大時，r增大．課堂·

重難探究1．向心力演示器如圖所示，轉(zhuǎn)動手柄1，可使變速塔輪2和3以及長槽4和短槽5隨之勻速轉(zhuǎn)動．皮帶分別套在塔輪2和3上的不同圓盤上，可使兩個槽內(nèi)的小球分別以幾種不同的角速度做勻速圓周運(yùn)動．小球做圓周運(yùn)動的向心力由橫臂6的擋板對小球的壓力提供，球?qū)醢宓姆醋饔昧Γㄟ^橫臂的杠桿使彈簧測力套實驗：探究向心力大小的影響因素筒7下降，從而露出標(biāo)尺8，標(biāo)尺8上露出的紅白相間等分格子的多少可以顯示出兩個球所受向心力的大?。?．實驗過程(1)保持ω和r相同，研究小球做圓周運(yùn)動所需向心力F與質(zhì)量m之間的關(guān)系(如圖甲所示)，記錄實驗數(shù)據(jù)．(2)保持m和r相同，研究小球做圓周運(yùn)動所需向心力F與角速度ω之間的關(guān)系(如圖乙所示)，記錄實驗數(shù)據(jù)．(3)保持ω和m相同，研究小球做圓周運(yùn)動所需向心力F與半徑r之間的關(guān)系(如圖丙所示)，記錄實驗數(shù)據(jù)．3．實驗結(jié)果做勻速圓周運(yùn)動所需向心力的大小，在質(zhì)量和角速度一定時，與半徑成正比；在質(zhì)量和半徑一定時，與角速度的平方成正比；在半徑和角速度一定時，與質(zhì)量成正比．即例1

(2023年江門名校月考)用如圖所示的裝置可以探究做勻速圓周運(yùn)動的物體需要的向心力的大小與哪些因素有關(guān)．(1)本實驗采用的科學(xué)方法是________．A．控制變量法 B．累積法C．微元法 D．放大法(2)在研究向心力大小F與質(zhì)量m關(guān)系時，要保持________相同．A．ω

和r B．ω和mC．m和r D．m和F(3)如圖所示，兩個鋼球質(zhì)量和半徑相等，則是在探究向心力F的大小與________的關(guān)系．A．質(zhì)量m B．半徑rC．角速度ω D．線速度v【答案】(1)A

(2)A

(3)C【解析】(1)在這兩個裝置中，控制半徑、角速度不變，只改變質(zhì)量，來研究向心力與質(zhì)量之間的關(guān)系，故采用的是控制變量法，故選A．(2)根據(jù)F＝mω2r可知在研究向心力的大小F與質(zhì)量m關(guān)系時，要保持ω

和r相同，故選A．(3)兩邊圓盤是通過皮帶連起來的，邊緣線速度相等，但是兩個輪半徑不等，導(dǎo)致兩個輪的角速度ω不等，鋼球質(zhì)量m相等，同時兩個小球繞軸做圓周運(yùn)動的半徑r

是相同的，根據(jù)公式F＝mω2r

來研究向心力與角速度ω

之間的關(guān)系，選C．變式1

如圖所示為向心力演示器，某同學(xué)用該儀器探究向心力大小與哪些因素有關(guān)，在某次實驗中，使質(zhì)量不同的鋁球A和鐵球B做圓周運(yùn)動的角速度相等、半徑相等，則該同學(xué)探究的是 (

)A．向心力的大小與質(zhì)量的關(guān)系B．向心力的大小與線速度大小的關(guān)系C．向心力的大小與角速度大小的關(guān)系D．向心力的大小與半徑的關(guān)系【答案】A【解析】由題意知該同學(xué)控制兩球做圓周運(yùn)動的角速度相等、半徑相等，使兩球的質(zhì)量不同，探究的是向心力的大小與質(zhì)量的關(guān)系．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)方向時刻在變化，總是與線速度的方向垂直．(2)在勻速圓周運(yùn)動中，向心力大小不變，但方向時刻沿半徑指向圓心．因為方向發(fā)生變化，所以向心力是變力．向心力的理解和來源3．向心力的大小說明：向心力的大小和方向雖然由勻速圓周運(yùn)動推導(dǎo)出，但適用于所有圓周運(yùn)動．4．向心力的來源(1)向心力是根據(jù)力的作用效果命名的，凡是產(chǎn)生向心加速度的力，不管屬于哪種性質(zhì)，都是向心力，它可以是重力、彈力等各種性質(zhì)的力，也可以是它們的合力，還可以是某個力的分力．(2)當(dāng)物體做勻速圓周運(yùn)動時，合力提供向心力．(3)當(dāng)物體做變速圓周運(yùn)動時，合力指向圓心的分力提供向心力．5．幾個向心力來源實例例2

(2023年中山期末)很多餐廳在大餐桌中心設(shè)置可繞中心軸勻速轉(zhuǎn)動的圓盤，以方便就餐，如圖所示．現(xiàn)在放置一小物體在轉(zhuǎn)動的圓盤上并與其保持相對靜止，圓盤角速度維持不變，則下列說法正確的是 (

)A．小物體處于平衡狀態(tài)B．小物體受到重力、支持力、摩擦力和向心力C．放置另外一個相同小物體在原有小物體正對面，兩物體到轉(zhuǎn)動軸距離相等，則兩物體線速度一樣D．小物體位置離圓盤中心越遠(yuǎn)所受摩擦力越大【答案】D【解析】小物體隨圓盤一起做勻速圓周運(yùn)動，合力提供向心力，不是平衡狀態(tài)，A錯誤；小物體受到重力、支持力、摩擦力作用，向心力是效果力，由合力提供，受力分析時不含向心力，B錯誤；放置另外一個相同小物體在原有小物體正對面，兩物體到轉(zhuǎn)動軸距離相等，則兩物體線速度大小相同，方向不同，C錯誤；根據(jù)Ff＝mω2r，小物體位置離圓盤中心越遠(yuǎn)所受摩擦力越大，D正確．變式2

(2023年東莞期末)

如圖所示，在勻速轉(zhuǎn)動的圓筒內(nèi)壁上，有一物體隨圓筒一起轉(zhuǎn)動而未滑動．當(dāng)圓筒的轉(zhuǎn)速減小以后，物體仍然隨圓筒一起勻速轉(zhuǎn)動而未滑動，則下列說法正確的是 (

)A．物體所受彈力增大，摩擦力增大B．物體所受彈力不變，摩擦力減小C．物體所受彈力減小，摩擦力不變D．物體所受彈力增大，摩擦力不變【答案】C【解析】物體所受彈力提供向心力，當(dāng)圓筒的轉(zhuǎn)速減小以后，物體所需向心力減小，則彈力減小，但在豎直方向上物體合力為零，所受摩擦力與重力大小始終相等，所以摩擦力不變，C正確．1．勻速圓周運(yùn)動的特點(diǎn)線速度大小不變、方向時刻改變；角速度、周期、頻率都不變；向心加速度和向心力大小都不變，但方向時刻改變.2．解答勻速圓周運(yùn)動問題的方法勻速圓周運(yùn)動的動力學(xué)問題3．常見勻速圓周運(yùn)動中的力與運(yùn)動分析例3

(2023年廣州荔灣區(qū)期末)雙人滑冰是冬奧會比賽項目之一，如圖甲所示為某次訓(xùn)練中男運(yùn)動員以自己為軸拉著女運(yùn)動員做圓周運(yùn)動情形．若女運(yùn)動員的質(zhì)量為m，伸直的手臂與豎直方向的夾角為θ

，轉(zhuǎn)動過程中女運(yùn)動員的重心做勻速圓周運(yùn)動的半徑為r，如圖乙所示．忽略女運(yùn)動員受到的摩擦力，重力加速度為g.求：變式3

如圖所示，小球沿碗的光滑內(nèi)壁在水平面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動，不計空氣阻力．則小球受到 (

)A．重力

B．重力和支持力C．重力和向心力

D．重力、支持力和向心力【答案】B【解析】分析小球受力知，小球受重力和支持力，而向心力是重力與支持力的合力．1．不滑動向心力的臨界問題例4

如圖所示，水平轉(zhuǎn)盤的中心有一個光滑的小圓孔．質(zhì)量為m的物體A放在轉(zhuǎn)盤上，物體A到圓孔的距離為r，物體A通過輕繩與物體B相連，物體B的質(zhì)量也為m.若物體A與轉(zhuǎn)盤間的動摩擦因數(shù)為μ，最大靜摩擦力等于滑動摩擦力，求轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動的角速度ω在什么范圍內(nèi)，才能使物體A隨轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動而不滑動？變式4

如圖所示，水平轉(zhuǎn)臺上放有質(zhì)量均為m的兩個物塊A、B，A離轉(zhuǎn)軸的距離為L，A、B間用長為L的細(xì)線相連．開始時，A、B與軸心在同一直線上，線正好被拉直，A、B與水平轉(zhuǎn)臺間的動摩擦因數(shù)均為μ，最大靜摩擦力等于滑動摩擦力．求：(1)當(dāng)轉(zhuǎn)臺的角速度達(dá)到多大時，細(xì)線中開始出現(xiàn)張力？(2)當(dāng)轉(zhuǎn)臺的角速度達(dá)到多大時，A物塊開始滑動？解：(1)細(xì)線中開始出現(xiàn)張力時，物塊B受到的靜摩擦力剛好達(dá)到最大值，在此臨界狀態(tài)時，細(xì)線中的拉力還是零．核心素養(yǎng)應(yīng)用向心力演示器如圖所示．利用它探究向心力，可采用控制變量法．科學(xué)探究——探究向心力大小的表達(dá)式控制變量探究內(nèi)容m、r相同，改變ω探究向心力F與角速度ω的關(guān)系m、ω相同，改變r探究向心力F與半徑r的關(guān)系ω、r相同，改變m探究向心力F與質(zhì)量m的關(guān)系探究結(jié)論：Fn＝mω2r.例5

(多選)球A和球B可在光滑桿上無摩擦滑動，兩球用一根細(xì)繩連接，如圖所示．球A的質(zhì)量是球B的兩倍，當(dāng)桿以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動時，兩球剛好保持與桿無相對滑動，那么 (

)A．球A受到的向心力等于B受到的向心力B．球A轉(zhuǎn)動的半徑是球B轉(zhuǎn)動半徑的一半C．當(dāng)ω增大時，球A向外運(yùn)動D．當(dāng)ω增大時，球B向外運(yùn)動【答案】AB小練·

隨堂鞏固1．在水平面上轉(zhuǎn)彎的摩托車，如圖所示，向心力是 (

)A．重力和支持力的合力B．靜摩擦力C．滑動摩擦力D．重力、支持力和牽引力的合力【答案】B【解析】摩托車在水平路面上轉(zhuǎn)彎時受到重力、支持力、牽引力以及指向圓心的靜摩擦力，所需的向心力由靜摩擦力提供，A、C、D錯誤，B正確．2．一質(zhì)量為1.0kg的物體，在水平面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動，圓周的半徑為1.5m，若其線速度大小為3.0m/s，則它需要的向心力大小為 (

)A．3.0N B．4.0NC．6.0N D．9.0N【答案】C3．(多選)如圖所示，一小球用細(xì)繩懸掛于O點(diǎn)，將其拉離豎直位置一個角度后釋放，則小球以O(shè)點(diǎn)為圓心做圓周運(yùn)動，提供運(yùn)動中小球所需的向心力是 (

)A．繩的拉力B．重力和繩拉力的合力C．重力和繩拉力的合力沿繩方向的分力D．繩子拉力和重力沿繩方向的分力