【中學教材全解】2020-2021學年人教版高中物理必修2課時學案-第五章-第6節(jié)-向心力

第6節(jié)向心力學習目標1.理解向心力的概念。2.知道向心力大小與哪些因素有關。理解公式的精確含義，并能用來進行計算。3.知道在變速圓周運動中，可用公式求質(zhì)點在某一點的向心力和向心加速度。自主學習1.向心力（1）作用效果:產(chǎn)生向心加速度,只轉(zhuǎn)變速度的,不轉(zhuǎn)變速度的。（2）公式:QUOTE====。（3）方向:總是沿半徑指向且時刻在（選填“變化”或“不變化”）,即向心力是力。（4）來源:可以是一個力；也可以是一個力的分力；還可以是力來供應向心力。2.變速圓周運動和一般的曲線運動（1）變速圓周運動的向心力方向：。（2）變速圓周運動的向心力大?。?。自我檢測1.（單選）關于向心力，下列說法中正確的是（）A.向心力是一種新形式的某一性質(zhì)的力B.勻速圓周運動的向心力是恒定不變的C.向心力是物體所受的全部力的合力D.勻速圓周運動的向心力是物體所受的全部力的合力圖5-6-12.（多選）如圖5-6-1所示，QUOTE兩物塊置于繞豎直軸勻速轉(zhuǎn)動的水平圓盤上，兩物塊始終相對圓盤靜止，已知兩物塊的質(zhì)量QUOTE，運動半徑QUOTE，則下列關系確定正確的是()圖5-6-1A.角速度QUOTEB.線速度QUOTEC.向心加速度QUOTED.向心力QUOTE圖5-6-23.（單選）如圖5-6-2所示，用細線吊著一個小球，使小球在水平面內(nèi)做勻速圓周運動。下列關于小球的受力狀況，正確的是（）圖5-6-2A.重力B.重力、繩子的拉力C.重力、繩子的拉力、向心力D.重力、向心力課內(nèi)探究一、向心力1.向心力方向問題：鋼球在水平面內(nèi)做勻速圓周運動，是什么力使鋼球做圓周運動？這個力的方向有何特點？（1）。（2）向心力的概念：。2.向心力的大小向心力表達式：，，，。說明：（1）勻速圓周運動的物體所受向心力大小不變，方向不斷轉(zhuǎn)變，始終指向圓心，故勻速圓周運動為變速運動。（2）做勻速圓周運動物體的向心力由物體所受的合外力供應。3.用圓錐擺驗證向心力的表達式圖5-6-3演示試驗：如圖5-6-3所示，細線下面懸掛一個質(zhì)量為QUOTE的小鋼球，細線上端固定在鐵架臺上。圖5-6-3用手帶動鋼球讓鋼球獲得初速度，使它做勻速圓周運動，細線與豎直方向夾角為QUOTE。(1)力的合成法求合力①小鋼球受到的力是：。②合力的方向：。③合力的大?。?。（2）用QUOTE求向心力①測出轉(zhuǎn)動周期的平均值QUOTE，測出小鋼球的質(zhì)量。②如何測轉(zhuǎn)動半徑QUOTE:。③據(jù)QUOTE求出向心力。假如兩種方法計算結(jié)果全都，比較兩種方法可知：向心力的表達式是正確的。學問拓展：試驗法探究向心力大小。例1（多選）下列關于向心力的說法正確的是（）A.向心力不轉(zhuǎn)變做圓周運動物體速度的大小B.做勻速圓周運動的物體受到的向心力即為物體受到的合力C.做勻速圓周運動的物體的向心力是不變的D.物體由于做圓周運動而產(chǎn)生了一個向心力4.向心力的來源分析下列運動的受力狀況，看看向心力是由什么力供應的？（1）地球繞太陽近似做勻速圓周運動。（2）小鐵塊隨水平轉(zhuǎn)盤一起做勻速圓周運動。（3）小木塊在豎直圓筒內(nèi)隨圓筒一起做勻速圓周運動。結(jié)論：向心力的來源：。特殊留意：向心力是依據(jù)力的作用效果命名的，向心力可以是某一個力或某個力的分力或某幾個力的合力來供應。圖5-6-4例2（單選）一圓盤可繞通過圓盤的中心QUOTE且垂直于盤面的豎直軸轉(zhuǎn)動，在圓盤上放置一小木塊QUOTE，它隨圓盤一起運動，且做勻速圓周運動，如圖5-6-4所示，則關于木塊QUOTE的受力，下列說法正確的是（）圖5-6-4A.木塊QUOTE受重力、支持力和向心力B.木塊QUOTE受重力、支持力和靜摩擦力，靜摩擦力的方向與木塊運動方向相反C.木塊QUOTE受重力、支持力和靜摩擦力，靜摩擦力的方向指向圓心D.木塊QUOTE受重力、支持力和靜摩擦力，靜摩擦力的方向與木塊運動方向相同5.勻速圓周運動向心力問題的解題步驟和解題方法圖5-6-5例3長為QUOTE的細線，拴一質(zhì)量為QUOTE的小球，一端固定于QUOTE點，讓其在水平面內(nèi)做勻速圓周運動（這種運動通常稱為圓錐擺運動），如圖5-6-5所示。當擺線與豎直方向的夾角是QUOTE時，求：圖5-6-5（1）擺線的拉力QUOTE；（2）小球運動的線速度的大??；（3）小球運動的角速度及周期。解題規(guī)律總結(jié)：求解圓周運動問題的一般方法：①定做圓周運動物體為爭辯對象。②確定物體做圓周運動的軌道平面、圓心、半徑。③按通常的方法，對爭辯對象進行受力分析，明確向心力的來源。④選用合適的向心力公式，建立方程求解，有些問題需運用幾何學問建立掛念方程掛念求解。6.常見勻速圓周運動的向心力分析圖形受力分析以向心加速度方向建立坐標系向心力表達式圖5-6-6例4（多選）如圖5-6-6所示，一個內(nèi)壁光滑的圓錐的軸線垂直于水平面，圓錐固定不動，兩個質(zhì)量相同的球QUOTE緊貼著內(nèi)壁分別在圖中所示的水平面內(nèi)做勻速圓周運動，則（）圖5-6-6A.球QUOTE的線速度必大于球QUOTE的線速度B.球QUOTE的角速度必小于球QUOTE的角速度C.球QUOTE的運動周期必小于球QUOTE的運動周期D.球QUOTE對筒壁的壓力必大于球QUOTE對筒壁的壓力規(guī)律總結(jié)：求解勻速圓周運動的向心力常接受以下方法：①先對物體進行受力分析，畫好受力圖，然后用求合力的方法得到指向圓心的向心力；②借助于QUOTE等求得QUOTE，再用牛頓其次定律QUOTE求得向心力。二、變速圓周運動和一般曲線運動1.變速圓周運動的向心力圖5-6-7演示試驗：釋放單擺，讓鋼球來回搖擺，如圖5-6-7所示。回答問題：鋼球從釋放到最低點的運動過程中，鋼球的速度大小如何變化？鋼球的運動是勻速圓周運動嗎？請閱讀教材并結(jié)合圖5.6-3的提示發(fā)表自己的見解。圖5-6-7（1）鋼球做什么運動？。（2）在運動過程中，鋼球所受合力指向圓心嗎？_________________________________________________________________________________________________________________________________。（3）一般圓周運動中的向心力與合外力不同，向心力只是合外力。圖5-6-8留意：變速圓周運動中的合外力并不指向圓心。這一力QUOTE可以分解為相互垂直的兩個力：指向圓心方向的分力QUOTE和跟圓周相切的分力QUOTE,如圖5-6-8所示。QUOTE產(chǎn)生了向心，與速度方向，轉(zhuǎn)變了速度的方向。QUOTE產(chǎn)生切向，切向加速度與物體的速度方向在，它轉(zhuǎn)變了速度的大??；QUOTE方向和速度方向相同時，做圓周運動的物體速度，反之減小。圖5-6-82.兩類圓周運動的全面理解（1）勻速圓周運動中，各物理量的變化特點：線速度QUOTE;角速度QUOTE;周期QUOTE；向心力QUOTE。(2)變速圓周運動中，各物理量的變化特點：線速度QUOTE;角速度QUOTE;周期QUOTE；向心力QUOTE。圖5-6-9例5（多選）如圖5-6-9所示，一小球用細繩懸掛于QUOTE點，將其拉離豎直位置一個角度后釋放，則小球以QUOTE點為圓心做圓周運動，運動中小球所需向心力是（）圖5-6-9A.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.繩的拉力和重力沿繩方向分力的合力圖5-6-10例6飛機在做俯沖拉起運動時，可以視為圓周運動。如圖5-6-10所示，若在最低點四周做半徑為QUOTE180m的圓周運動，飛行員的質(zhì)量為QUOTE70kg,飛機經(jīng)過最低點QUOTE點時的速度為QUOTE360km/h，試計算一下飛行員對座位的壓力是多大？（g取10QUOTE）圖5-6-10留意：（1）對物體進行受力分析時，易將向心力當成一個新受的力而造成錯誤。關鍵要留意向心力是依據(jù)力的效果來命名的，它不是一個新的力。（2）除勻速圓周運動外，合外力不等于向心力。一般圓周運動中合外力的一個重量指向圓心，該力為向心力，轉(zhuǎn)變速度方向。另一個重量沿速度的切線方向，用來轉(zhuǎn)變速度的大小。3.處理一段曲線運動的方法一段曲線運動軌跡可以分割成很多不同半徑的極短的一小段，這樣一般曲線運動可以接受_____的分析方法。鞏固練習圖5-6-111.（單選）如圖5-6-11所示，小球在一細繩的牽引下，在光滑桌面上繞繩的另一端QUOTE做勻速圓周運動，關于小球的受力狀況，下列說法中正確的是（）圖5-6-11A.受重力、支持力和向心力的作用B.受重力、支持力、拉力和向心力的作用C.受重力、支持力和拉力的作用D.受重力和支持力的作用圖5-6-122.（單選）如圖5-6-12所示，洗衣機脫水筒在轉(zhuǎn)動時，衣服貼靠在勻速轉(zhuǎn)動的圓筒內(nèi)壁上而不掉下來，則衣服()