【中學(xué)教材全解】2020-2021學(xué)年人教版高中物理必修2課時(shí)學(xué)案-第五章-第6節(jié)-向心力

第6節(jié)向心力學(xué)習(xí)目標(biāo)1.理解向心力的概念。2.知道向心力大小與哪些因素有關(guān)。理解公式的精確含義，并能用來進(jìn)行計(jì)算。3.知道在變速圓周運(yùn)動中，可用公式求質(zhì)點(diǎn)在某一點(diǎn)的向心力和向心加速度。自主學(xué)習(xí)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(shí)刻在（選填“變化”或“不變化”）,即向心力是力。（4）來源:可以是一個(gè)力；也可以是一個(gè)力的分力；還可以是力來供應(yīng)向心力。2.變速圓周運(yùn)動和一般的曲線運(yùn)動（1）變速圓周運(yùn)動的向心力方向：。（2）變速圓周運(yùn)動的向心力大小：。自我檢測1.（單選）關(guān)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(yùn)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(yùn)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(yùn)動半徑QUOTE，則下列關(guān)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(xì)線吊著一個(gè)小球，使小球在水平面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動。下列關(guān)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(yùn)動，是什么力使鋼球做圓周運(yùn)動？這個(gè)力的方向有何特點(diǎn)？（1）。（2）向心力的概念：。2.向心力的大小向心力表達(dá)式：，，，。說明：（1）勻速圓周運(yùn)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(yùn)動為變速運(yùn)動。（2）做勻速圓周運(yùn)動物體的向心力由物體所受的合外力供應(yīng)。3.用圓錐擺驗(yàn)證向心力的表達(dá)式圖5-6-3演示試驗(yàn)：如圖5-6-3所示，細(xì)線下面懸掛一個(gè)質(zhì)量為QUOTE的小鋼球，細(xì)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(yùn)動，細(xì)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合力的大小：。（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(jì)算結(jié)果全都，比較兩種方法可知：向心力的表達(dá)式是正確的。學(xué)問拓展：試驗(yàn)法探究向心力大小。例1（多選）下列關(guān)于向心力的說法正確的是（）A.向心力不轉(zhuǎn)變做圓周運(yùn)動物體速度的大小B.做勻速圓周運(yùn)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(yùn)動的物體的向心力是不變的D.物體由于做圓周運(yùn)動而產(chǎn)生了一個(gè)向心力4.向心力的來源分析下列運(yùn)動的受力狀況，看看向心力是由什么力供應(yīng)的？（1）地球繞太陽近似做勻速圓周運(yùn)動。（2）小鐵塊隨水平轉(zhuǎn)盤一起做勻速圓周運(yùn)動。（3）小木塊在豎直圓筒內(nèi)隨圓筒一起做勻速圓周運(yùn)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(gè)力或某個(gè)力的分力或某幾個(gè)力的合力來供應(yīng)。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(yùn)動，且做勻速圓周運(yùn)動，如圖5-6-4所示，則關(guān)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(yùn)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(yùn)動方向相同5.勻速圓周運(yùn)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(xì)線，拴一質(zhì)量為QUOTE的小球，一端固定于QUOTE點(diǎn)，讓其在水平面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動（這種運(yùn)動通常稱為圓錐擺運(yùn)動），如圖5-6-5所示。當(dāng)擺線與豎直方向的夾角是QUOTE時(shí)，求：圖5-6-5（1）擺線的拉力QUOTE；（2）小球運(yùn)動的線速度的大??；（3）小球運(yùn)動的角速度及周期。解題規(guī)律總結(jié)：求解圓周運(yùn)動問題的一般方法：①定做圓周運(yùn)動物體為爭辯對象。②確定物體做圓周運(yùn)動的軌道平面、圓心、半徑。③按通常的方法，對爭辯對象進(jìn)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(yùn)用幾何學(xué)問建立掛念方程掛念求解。6.常見勻速圓周運(yùn)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(biāo)系向心力表達(dá)式圖5-6-6例4（多選）如圖5-6-6所示，一個(gè)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(gè)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(yùn)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(yùn)動周期必小于球QUOTE的運(yùn)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(yùn)動的向心力常接受以下方法：①先對物體進(jìn)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(yùn)動和一般曲線運(yùn)動1.變速圓周運(yùn)動的向心力圖5-6-7演示試驗(yàn)：釋放單擺，讓鋼球來回?fù)u擺，如圖5-6-7所示?；卮饐栴}：鋼球從釋放到最低點(diǎn)的運(yùn)動過程中，鋼球的速度大小如何變化？鋼球的運(yùn)動是勻速圓周運(yùn)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(yùn)動？。（2）在運(yùn)動過程中，鋼球所受合力指向圓心嗎？_________________________________________________________________________________________________________________________________。（3）一般圓周運(yùn)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(yùn)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(gè)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(shí)，做圓周運(yùn)動的物體速度，反之減小。圖5-6-82.兩類圓周運(yùn)動的全面理解（1）勻速圓周運(yùn)動中，各物理量的變化特點(diǎn)：線速度QUOTE;角速度QUOTE;周期QUOTE；向心力QUOTE。(2)變速圓周運(yùn)動中，各物理量的變化特點(diǎn)：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(xì)繩懸掛于QUOTE點(diǎn)，將其拉離豎直位置一個(gè)角度后釋放，則小球以QUOTE點(diǎn)為圓心做圓周運(yùn)動，運(yùn)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(jī)在做俯沖拉起運(yùn)動時(shí)，可以視為圓周運(yùn)動。如圖5-6-10所示，若在最低點(diǎn)四周做半徑為QUOTE180m的圓周運(yùn)動，飛行員的質(zhì)量為QUOTE70kg,飛機(jī)經(jīng)過最低點(diǎn)QUOTE點(diǎn)時(shí)的速度為QUOTE360km/h，試計(jì)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(jìn)行受力分析時(shí)，易將向心力當(dāng)成一個(gè)新受的力而造成錯(cuò)誤。關(guān)鍵要留意向心力是依據(jù)力的效果來命名的，它不是一個(gè)新的力。（2）除勻速圓周運(yùn)動外，合外力不等于向心力。一般圓周運(yùn)動中合外力的一個(gè)重量指向圓心，該力為向心力，轉(zhuǎn)變速度方向。另一個(gè)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(yùn)動的方法一段曲線運(yùn)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(yùn)動可以接受_____的分析方法。鞏固練習(xí)圖5-6-111.（單選）如圖5-6-11所示，小球在一細(xì)繩的牽引下，在光滑桌面上繞繩的另一端QUOTE做勻速圓周運(yùn)動，關(guān)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(jī)脫水筒在轉(zhuǎn)動時(shí)，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()