6.2 向心力 自主學(xué)習(xí)單 -2024-2025學(xué)年高一下學(xué)期物理人教版（2019）必修第二冊

物理·自主學(xué)習(xí)單主備人張xx課題6.2向心力自主學(xué)習(xí)單（第一課時）學(xué)習(xí)目標(biāo)1.理解向心力的表達(dá)式的含義。2.會分析向心力的來源，掌握向心力大小的表達(dá)式，并會應(yīng)用公式進(jìn)行有關(guān)的計算。3.采用控制變量法“探究向心力大小與半徑、角速度、質(zhì)量的關(guān)系”。重點、難點1.向心力的定義和表達(dá)式。（重點）2.掌握向心力大小的表達(dá)式，并會應(yīng)用公式進(jìn)行有關(guān)的計算。（重點難點）3.采用控制變量法“探究向心力大小與半徑、角速度、質(zhì)量的關(guān)系”。（重點難點）學(xué)習(xí)方法問題引導(dǎo)法：2.類比遷移法：3.小組合作學(xué)習(xí)：學(xué)習(xí)過程批注（個性筆記）一.獨學(xué)（以下部分個人獨立完成）【知識回顧】知識點一：圓周運動的定義、性質(zhì)與特點1.定義：物體沿______運動，且在任意相等時間內(nèi)通過的______相等，稱為勻速圓周運動；若速率變化，則為變速圓周運動。2.性質(zhì)：方向：速度方向始終沿圓周______方向，不斷變化（填“切線”或“法線”）。加速度：勻速圓周運動中加速度為______加速度，方向指向______；變速圓周運動中加速度可分解為______和______分量。3.特點：軌跡為______;勻速圓周運動是______（填“勻變速”或“非勻變速”）曲線運動。知識點二：線速度與角速度1.線速度：定義：物體通過的______與所用時間的比值，公式v=______，方向沿圓周______。單位：國際單位為______，常用單位還有km/h.2.角速度：定義：物體轉(zhuǎn)過的______與所用時間的比值，公式ω=______，單位是______。與線速度關(guān)系v=______（用ω和半徑r表示）。知識點三：周期、頻率與轉(zhuǎn)速1.周期（T）：物體完成一次完整圓周運動所需的______，單位是______。2.頻率（f）：單位時間內(nèi)完成的圓周運動次數(shù)，公式f=______，單位是______。3.轉(zhuǎn)速（n）：單位時間內(nèi)的轉(zhuǎn)數(shù)，常用單位是______（如r/min）。4.關(guān)系式：T=______；ω=2πf=______（用轉(zhuǎn)速n表示）。知識點四：同軸轉(zhuǎn)動與傳送帶傳動1.同軸轉(zhuǎn)動（如鐘表指針）：特點：所有點的______相同；線速度關(guān)系：v∝______（填“r”或“1/r”）。2.傳送帶傳動（如自行車鏈條）：特點：兩輪邊緣點的______大小相等；角速度關(guān)系:ω∝______（填“r”或“1/r”）?！咀灾黝A(yù)習(xí)】基礎(chǔ)概念自主梳理1.向心力的定義向心力是物體做圓周運動時受到的指向圓心方向的合力，表達(dá)式方向：始終指向圓心，是變力（方向時刻變化）。2.向心力的來源可能由彈力、摩擦力、重力等力提供。實例：汽車轉(zhuǎn)彎：向心力由靜摩擦力提供。圓錐擺：向心力由繩子拉力的水平分力提供。3.實驗探究（控制變量法）猜想：向心力與質(zhì)量m、半徑r、角速度ω的關(guān)系。實驗方法：保持m和r不變，改變角速度ω，觀察Fn保持m和ω不變，改變半徑r，觀察Fn任務(wù)1：基礎(chǔ)概念填空一、填空題1.向心力的方向始終指向______，是______（填“恒力”或“變力”）。2.汽車在水平路面轉(zhuǎn)彎時，向心力由______提供。3.圓錐擺的向心力來源于繩子拉力的______分力。4.探究向心力與角速度關(guān)系時，需保持______和______不變，改變______。任務(wù)2：公式推導(dǎo)與應(yīng)用二、選擇題1.關(guān)于向心力說法正確的是（）A.向心力是恒力B.向心力由單一力提供C.方向始終與速度垂直D.勻速圓周運動的合力不指向圓心圓錐擺的向心力直接來源是（）A.繩子拉力B.拉力的水平分力C.重力D.拉力與重力的合力3.實驗中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)質(zhì)量、半徑不變，角速度增大時，向心力會（）A.增大B.減小C.不變D.無法確定任務(wù)3：知識點深化理解三、判斷題1.向心力是圓周運動物體所受的合力，方向指向圓心。（）2.汽車轉(zhuǎn)彎的向心力由發(fā)動機(jī)動力提供。（）3.研究向心力與半徑關(guān)系時，需保持質(zhì)量和角速度不變。（）4.勻速圓周運動中，物體所受合力是向心力。（）二.對學(xué)（同桌對子之間討論）討論問題：1.向心力是效果力還是性質(zhì)力？為什么？2.豎直平面圓周運動中，最高點與最低點的向心力來源有何不同？三.群學(xué)（小組內(nèi)討論并展示）四、基礎(chǔ)應(yīng)用題：計算向心力題1：水平面圓周運動題目：質(zhì)量為0.5kg的小球，用一根長1.2m的繩子在水平桌面上做勻速圓周運動，線速度為3m/s。求繩子對小球的拉力（即向心力）。題2：豎直圓周運動最高點（臨界條件）題目：一根長0.5m的繩子系著質(zhì)量為0.2kg的小球，在豎直平面內(nèi)做圓周運動。若小球在最高點時繩子恰好無拉力，求此時小球的線速度。（取g=10m/s2四.課堂檢測（上課時進(jìn)入限時答題模式）一、選擇題（每題5分，共20分）1.關(guān)于向心力的說法，正確的是（）A.向心力是物體受到的額外力B.向心力是性質(zhì)力，如重力、彈力等C.向心力是效果力，由其他力的合力提供D.向心力會改變物體的速度大小豎直平面內(nèi)，小球通過圓周運動最高點時，向心力的來源可能是（）A.僅重力B.重力與拉力的合力C.僅拉力D.以上均有可能3.一根長1m的繩子系著質(zhì)量為0.5kg的小球，在水平面內(nèi)做圓周運動，線速度為4m/s。繩子拉力為（）A.2NB.8NC.16ND.32N4.豎直平面內(nèi)，小球在最低點時，繩子的拉力（）A.等于重力B.小于重力C.大于重力D.可能大于或小于重力二、判斷題（每題4分，共24分）1.（）向心力是物體實際受到的獨立力。2.（）豎直平面圓周運動中，小球在最高點的速度不能為零。3.（）向心力的方向始終指向圓心且大小恒定。4.（）若繩子在最高點拉力為零，說明此時向心力僅由重力提供。5.（）離心現(xiàn)象是由于向心力突然消失導(dǎo)致的。6.（）水平面內(nèi)勻速圓周運動的物體，向心力由合外力提供。五.課后作業(yè)參考答案與解析一.獨學(xué)（以下部分個人獨立完成）【知識回顧】知識點一：圓周運動的定義、性質(zhì)與特點知識點一1.圓周，弧長2.切線，向心，圓心，切向加速度，法向加速度3.圓，非勻變速知識點二1.弧長，ΔsΔt2.角度，ΔθΔt知識點三1.時間，秒（s）2.1T3.轉(zhuǎn)/分鐘（r/min）4.1f知識點四1.角速度，r2.線速度，1/r3.2:1，1:1；1:1，1:3【自主預(yù)習(xí)】基礎(chǔ)概念自主梳理任務(wù)1：基礎(chǔ)概念填空一、填空題1.答案：圓心，變力解析：向心力方向隨物體位置變化而改變，屬于變力。2.答案：靜摩擦力解析：水平方向無其他外力，靜摩擦力提供向心力。3.答案：水平解析：拉力的豎直分力平衡重力，水平分力提供向心力。4.答案：質(zhì)量、半徑，角速度解析：控制變量法的應(yīng)用，明確變量控制條件。任務(wù)2：公式推導(dǎo)與應(yīng)用二、選擇題1.答案：C解析：向心力方向與速度垂直，且勻速圓周運動中合力即為向心力（D錯誤）。2.答案：B解析：拉力分解后，水平分力提供向心力，豎直分力平衡重力。3.答案：A解析：公式，角速度增大則向心力增大。任務(wù)3：知識點深化理解三、判斷題1.√解析：定義正確，勻速圓周運動中合力即為向心力。2.×解析：由靜摩擦力提供，發(fā)動機(jī)動力驅(qū)動前進(jìn)，不直接提供向心力。3.√解析：控制變量法要求僅改變目標(biāo)變量（半徑）。4.√解析：勻速圓周運動的合力全部用于提供向心力。二.對學(xué)（同桌對子之間討論）討論問題：1.向心力是效果力還是性質(zhì)力？為什么？解析：向心力屬于效果力，而非性質(zhì)力。其本質(zhì)區(qū)別在于：性質(zhì)力（如重力、彈力、摩擦力）是物體間相互作用的基本形式，具有明確的施力物體和作用機(jī)理。效果力（如向心力、回復(fù)力）是根據(jù)力的作用效果命名的，本質(zhì)是其他性質(zhì)力的合力或分力。向心力的特性：不獨立存在，由其他力的合力提供（如繩的彈力、重力、摩擦力等）。方向始終指向圓心，作用是改變速度方向（不改變速率）。例證：繩子系小球做圓周運動：向心力由繩的彈力提供（水平面）；地球繞太陽公轉(zhuǎn)：向心力由萬有引力提供；過山車在軌道最高點：向心力由重力與軌道支持力的合力提供。2.豎直平面圓周運動中，最高點與最低點的向心力來源有何不同？解析：

豎直圓周運動中，向心力的來源因位置不同而變化，需結(jié)合受力分析和運動狀態(tài)：位置受力與向心力關(guān)系臨界條件（以繩系小球為例）最高點向心力由

重力與繩拉力的合力

提供：

F向=mg+T（方向豎直向下）最小速度vmin=gr當(dāng)

T=0，僅重力提供向心力

F向=mg最低點向心力由

繩拉力與重力的合力

提供：

F向=T?mg（方向豎直向上）繩拉力最大：T=mg+mv關(guān)鍵差異：最高點：重力與拉力方向相同，合力指向圓心；最低點：拉力需同時平衡重力并提供向心力，導(dǎo)致拉力顯著增大。三.群學(xué)（小組內(nèi)討論并展示）四、基礎(chǔ)應(yīng)用題：計算向心力題1：水平面圓周運動解答：由公式：向心力Fn=代入數(shù)據(jù)得：Fn=3.75N繩子拉力（向心力）為3.75題2：豎直圓周運動最高點（臨界條件）解答：由臨界條件可知：拉力T=0僅重力提供向心力。公式：Fn=mg=mv=2.24m/s小球在最高點的最小速度為2.24m/s。四.課堂檢測（上課時進(jìn)入限時答題模式）一、選擇題解析1.答案：C解析：向心力是效果力，由其他性質(zhì)力（如彈力、重力）的合力提供，不是獨立存在的力。選項D錯誤，因為向心力只改變速度方向，不改變速率。2.答案：D解析：最高點的向心力來源取決于速度：若速度恰好為臨界值vmin=gr若速度更大，則需重力與拉力的合力提供。3.答案：B解析：水平面內(nèi)拉力即向心力：Fn=mrω24.答案：C解析：最低點拉力需滿足繩拉力最大：T=mg+mv2r二、判斷題解析1.答案：×解析：向心力是效果力，不是獨立存在的力。2