新教材高中物理第二章圆周运动第2节第1课时向心力课件粤教版必修第二册ppt

(2)由于小强在水平面内运动，小强在竖直方向上受力必平衡，在 水平方向上，当小强随圆盘一起做变速圆周运动时，合力有沿平行切 线方向的分力，不再指向圆心，即摩擦力不再指向圆心。
[答案] (1)C (2)不指向圆心
分析向心力来源的注意点 (1)向心力可能是物体受到的某一个力或某几个力的合力，也可能 是某一个力的分力。 (2)物体做匀速圆周运动时，合力一定是向心力，方向指向圆心， 只改变速度的方向。
受的重力提供
向心力来源
实例分析
如图所示，绳子的一端系在光滑水平
弹力提供向 桌面上的 O 点，另一端系一小球，使
心力 小球在桌面上做匀速圆周运动，则小
球做匀速圆周运动的向心力由绳子的拉力(弹力)提供
向心力来源
实例分析
如图所示，木块随圆盘一起做匀速圆周运动，其所需的
向心力由静摩擦力提供。木块相对圆盘的运动趋势的方
【典例 2】 为了探究物体做匀速圆周运动时，向心力与哪些因 素有关，某同学进行了如下实验：如图甲所示，绳子的一端拴一个小 沙袋，绳上离小沙袋 L 处打一个绳结 A，2L 处打另一个绳结 B。请 一位同学帮助用秒表计时。如图乙所示，做了四次体验性操作。
操作 1：手握绳结 A，使沙袋在水平面内做匀速圆周运动，每秒 运动 1 周，体验此时绳子拉力的大小。
思路点拨：解此题的关键有两点： (1)做好物体的受力分析，摸清向心力来源。 (2)变速圆周运动问题要思考速度大小变化的原因。
[解析] 小强所需的向心力由沿半径方向所受的合力提供。 (1)由于小强随圆盘做匀速圆周运动，一定需要向心力，该力一定 指向圆心方向，而重力和支持力的方向均在竖直方向上，它们不能充 当向心力，因而他会受到摩擦力作用，且摩擦力充当向心力，选项 A、 B 错误，C 正确；由于小强随圆盘转动时，做圆周运动的半径不变， 当圆盘转速变小时，角速度变小，由 Fn＝mω2r 可知，小强所需向心 力变小，摩擦力变小，故选项 D 错误。
(1)飞机和小球在运动过程中受到哪些力的作用？ (2)这些力的合力方向及作用效果是什么？
提示：(1)飞机受到重力和升力的作用；小球受重力和支持力的作 用。
(2)这些力的合力指向圆周运动圆心，充当向心力，改变速度的方 向。
1．向心力的特点：由于向心力的方向与物体运动方向始终垂直， 故向心力是变力。其作用不改变线速度的大小，只改变线速度的方向。
向沿半径背离圆心，静摩擦力的方向与相对运动趋势的 摩擦力提供 方向相反。但是，当圆盘光滑(无摩擦力)时，
向心力 木块将沿切线方向飞出，说明木块相对于地
面的运动趋势的方向沿切线方向，而相对于
圆盘的运动趋势的方向沿半径向外
向心力来源
实例分析Βιβλιοθήκη 如图所示，细线拉住小球在竖直面内做匀 合力提供向 速圆周运动，当小球经过最低点时，向心
(3)物体做变速圆周运动时，合力方向与速度方向一定不垂直，合 力沿半径方向的分力充当向心力，改变速度的方向；合力沿平行轨道 切线方向的分力改变速度的大小。
(4)物体做变速圆周运动，当速率增大时，物体受到的合力与速度 方向的夹角为锐角；当速率减小时，物体受到的合力与速度方向的夹 角为钝角。
[跟进训练] 1．(多选)(2020·河北正定中学高一检测)如图所示为游乐园中的 “空中飞椅”设施，游客乘坐飞椅从启动，匀速旋转，再到逐渐停止 运动的过程中，下列说法正确的是( )
5．改变半径：换成两质量相同的小球，分别放于长槽和短槽上， 增大长槽上小球的转动半径。转动手柄，观察向心力的大小和半径的 关系。
6．改变小球的角速度：将质量相同的两小球分别置于长槽和短 槽上，确保两小球转动半径相同，用皮带连接半径不同的两个塔轮， 根据两个塔轮半径关系求解小球做圆周运动的角速度的关系。
第二节 向心力与向心加速度 第1课时 向心力
第二章 圆周运动
[核心素养·明目标]
核心素养
学习目标
了解向心力的概念，知道向心力是根据力的作用效果命名 物理观念
的。
掌握向心力公式，并能分析解决相关问题和计算能力的提 科学思维
升。
核心素养
学习目标
通过实验探究影响向心力大小的因素，掌握拓展实验的探 科学探究
思考辨析(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)做匀速圆周运动的物体所受的向心力是恒力。
(×)
(2)向心力和重力、弹力一样，是性质力。
( ×)
(3)向心力可以由重力或弹力等来充当，是效果力。
(√ )
合作探究·提素养
NO.2
考点1
考点2 考点3 考点4
考点 1 对向心力的理解 飞机在空中水平面内做匀速圆周运动；在光滑漏斗内壁上，小球 做匀速圆周运动。
A．半径
B．质量
C．周期
D．线速度的方向
(5)实验中，该同学体验到的绳子的拉力是否是沙袋做圆周运动的
向心力________(选填“是”或“不是”)。
[解析] (1)根据 F＝mω2r 知，操作 2 与操作 1 相比，操作 2 的半 径大，小球质量和角速度相等，知拉力较大的是操作 2。
(2)根据 F＝mω2r 知，操作 3 与操作 1 相比，操作 3 小球的角速 度较大，半径不变，小球的质量不变，知操作 3 的拉力较大。
四、数据收集与分析
1．列 F、m 数据收集表格
把不同质量的小球放在长槽和短槽内，确保小球的转动半径和角
速度相同，把小球的向心力和质量填在下表中：
实验序号
1
2
3
4
5
质量
向心力
2．作 F-m 图像 以 F 为纵坐标、m 为横坐标，根据数据作 F-m 图像，用曲线拟 合测量点，找出规律，分析 F 与 m 的关系。
2．向心力的来源：匀速圆周运动中，向心力等于物体的合外力， 常等效为三种情况：合力充当向心力，某一个力充当向心力，某个力 的分力充当向心力。
3．向心力来源的实例分析：
向心力来源
实例分析
如图所示，用细绳拴住小球，使小球在竖
重力提供向 直面内转动，当它经过最高点时，若细绳
心力 的拉力恰好为零，则此时向心力由小球所
[跟进训练] 2．如图所示，图甲为“利用向心力演示器验证向心力公式”的 实验示意图，图乙为其俯视图。图中 A、B 槽分别与 a、b 轮同轴固 定，且 a、b 轮半径相同。当 a、b 两轮在皮带的带动下匀速转动时，
3．列 F、r 数据收集表格
把相同质量的小球分别放在长槽和短槽内，确保小球的质量和角
速度相同，把小球的向心力和转动半径填在下表中：
实验序号 半径
1
2
3
4
5
向心力
4．作 F-r 图像 以 F 为纵坐标、r 为横坐标，根据数据作 F-r 图像，用曲线拟合 测量点，找出规律，分析 F 与 r 的关系。
(1)操作 2 与操作 1 中，体验到绳子拉力较大的是________； (2)操作 3 与操作 1 中，体验到绳子拉力较大的是________； (3)操作 4 与操作 1 中，体验到绳子拉力较大的是________；
(4)总结以上四次体验性操作，可知物体做匀速圆周运动时，向心
力大小与________有关。
操作 2：手握绳结 B，使沙袋在水平面内做匀速圆周运动，每秒 运动 1 周，体验此时绳子拉力的大小。
操作 3：手握绳结 A，使沙袋在水平面内做匀速圆周运动，每秒 运动 2 周，体验此时绳子拉力的大小。
操作 4：手握绳结 A，增大沙袋的质量到原来的 2 倍，使沙袋在 水平面内做匀速圆周运动，每秒运动 1 周，体验此时绳子拉力的大小。
心力 力由细线的拉力和小球重力的合力提供
向心力来源
实例分析
如图所示，小球在细线作用下，在水平
分力提供向 面内做圆周运动时，向心力由细线的拉
心力 力在水平方向的分力提供
【典例 1】 如图所示，有一个水平大圆盘绕过圆心的竖直轴匀 速转动，小强站在距圆心为 r 处的 P 点不动。
(1)关于小强的受力，下列说法正确的是________。 A．小强在 P 点不动，因此不受摩擦力作用 B．小强随圆盘做匀速圆周运动，其重力和支持力充当向心力 C．小强随圆盘做匀速圆周运动，圆盘对他的摩擦力充当向心力 D．若使圆盘以较小的转速转动时，小强在 P 点受到的摩擦力不 变 (2)如果小强随圆盘一起做变速圆周运动，那么其所受摩擦力是否 仍指向圆心？
A．游客和飞椅的向心力等于连接飞椅的绳子的拉力 B．游客所受的合力可能大于游客的向心力 C．当游客做匀速圆周运动时，其所受合力的方向总是与速度方 向垂直 D．当游客做速率减小的曲线运动时，其所受合力的方向一定与 速度方向相反
BC [游客和飞椅的向心力由绳子的拉力在指向圆心方向的分力 提供，向心力不等于绳子的拉力，故 A 错；在启动过程中，合力一部 分提供向心力，一部分提供切向加速度使游客和飞椅加速，该过程中 游客所受的合力大于游客的向心力，故 B 对；当游客做匀速圆周运动 时，游客所受的合力完全提供向心力，只改变速度方向，不改变速度 大小，即所受合力的方向总是与速度方向垂直，故 C 对；当游客做速 率减小的曲线运动时，其所受合力的方向与速度方向成钝角，切线方 向的分力产生切向加速度，使游客的速率减小，故 D 错。]
究方法，提高动手实验的能力。
科学态度 从实际问题中体会向心力的应用，指导生活生产实际，培
与责任 养学以致用的科学精神。
自主预习·探新知
NO.1
知识点
知识点 感受向心力及向心力的公式 1．定义： 大量实验表明，物体做匀速圆周运动时所受合外力的方向始终指 向轨迹的_圆__心_，这个指向圆心的合外力称为向心力。 2．方向： 向心力的方向始终指向_圆__心_，总是与线速度方向垂__直__。
三、实验步骤 1．测量质量：分别用天平测量各小球的质量，并做标记。 2．调节两轮角速度：用皮带连接半径相同的两个塔轮，以确保 运动过程中角速度不变。 3．放置小球：将两质量不同的小球分别放于长槽和短槽上，调 整小球的位置，使两球的转动半径相同。 4．收集数据：转动手柄，观测向心力的大小和质量的关系。
3．公式： F＝__m_ω__2r___或者 F＝mrv2。 4．效果力： 向心力是根据力的_作__用__效__果_来命名的，它可以由不同性质的力如 弹力、重力、摩擦力等提供，也可以由某一力的分__力__或某些力的合__力__ 提供。
向心力是和重力、弹力、摩擦力一样的力吗？ 提示：不一样，向心力是效果力。
考点 2 实验：探究影响向心力大小的因素 一、实验原理与设计 1．实验的基本思想——控制变量法。 在物理实验中，根据实验需求，要注意使实验过程中的不同变量 保持不变。
2．设计思路。 (1)若要讨论向心力与质量的关系，应控制半径、角速度不变。 (2)若要讨论向心力与半径的关系，应控制质量、角速度不变。 (3)若要讨论向心力与角速度的关系，应控制质量、半径不变。 二、实验器材 向心力演示器、天平、质量不等的若干小球等。
(3)操作 4 和操作 1 比较，半径和角速度不变，小球质量变大，根 据 F＝mω2r 知，操作 4 的拉力较大。
(4)由以上四次操作，可知向心力的大小与质量、半径、角速度有 关，故选 ABC。
(5)实验中，该同学体验到的绳子的拉力不是沙袋做圆周运动的向 心力。
[答案] (1)操作 2 (2)操作 3 (3)操作 4 (4)ABC (5)不是
五、实验结论 (1)在半径和角速度相同时，向心力与质量成正比。 (2)在质量和角速度相同时，向心力与转动半径成正比。 (3)在转动半径和质量相同时，向心力与角速度的二次方成正比。 通过归纳和推导，可得向心力的表达式：Fn＝mrω2＝mvr2＝mωv ＝m4Tπ22r。
六、注意事项 1．实验前要做好横臂支架的安全检查，螺钉是否有松动。 2．标尺格数比应选择最小格数进行，使学生容易看清格数比。 如：F1∶F2＝1∶4，可以选择 2 格和 8 格，但最好使用 1 格和 4 格。 3．转动转台时，应先让一个套筒的标尺达到预定的整数格，然 后观察另一个套筒的标尺。 4．实验时，转速应从慢到快。
5．列 F、ω 数据收集表格
把相同质量的小球分别放在长槽和短槽内，确保小球的质量和转动
半径相等，把小球的向心力和角速度以及角速度的二次方填在下表中：
实验序号
1
2
3
4
5
角速度 ω
角速度的二次方 ω2
向心力
6．作 F-ω2 图像 以 F 为纵坐标、ω2 为横坐标，根据数据作 F-ω2 图像，用曲线拟 合测量点，找出规律，分析 F 与 ω2 的关系。