课堂新坐标2016_2017学年高中物理第4章匀速圆周运动第2节向心力与向心加速度教师用书.doc

第2节　向心力与向心加速度 学 习 目 标 知 识 脉 络 1.知道向心力及其方向，理解向心力的作用．(重点) 2．通过实验探究向心力与哪些因素有关，掌握向心力的公式．(重点) 3．知道向心加速度，掌握向心加速度的公式．(重点、难点) 4．能用牛顿第二定律知识分析匀速圆周运动的向心力．(难点) 向 心 力 及 其 方 向 1．定义 做圆周运动的物体，受到的始终指向圆心的等效力． 2．方向 始终指向圆心，总是与运动方向垂直． 3．作用效果 向心力只改变速度方向，不改变速度大小，因此向心力不做功． 4．来源 可能是弹力、重力、摩擦力或是它们的合力．做匀速圆周运动的物体，向心力就是物体受到的合外力，做非匀速圆周运动的物体向心力不是物体所受到的合外力． 5．向心力的大小 (1)实验探究 控制变量 探究内容 m、r相同，改变ω 探究向心力F与角速度ω的关系 m、ω相同，改变r 探究向心力F与半径r的关系 ω、r相同，改变m 探究向心力F与质量m的关系 (2)公式 F＝mω2·r或F＝m. 1．做匀速圆周运动的物体所受到的向心力是恒力．(×) 2．向心力和重力、弹力、摩擦力一样，是性质力．(×) 3．向心力是效果力，匀速圆周运动的向心力是合力，非匀速圆周运动的向心力是合力沿半径方向的分力．(√) 自行车转弯时的运动可看做匀速圆周运动，观察图4－2－1，思考以下问题： 图4－2－1 哪个力充当自行车转弯时的向心力？ 【提示】　地面静摩擦力提供自行车转弯时的向心力． 如图4－2－2所示，汽车正在匀速率转弯，小球正在绳子拉力作用下做匀速圆周运动，请思考： 图4－2－2 探讨1：它们的向心力分别是由什么力提供的？ 【提示】　汽车转弯时的向心力由地面的静摩擦力提供，小球的向心力由重力和绳子拉力的合力提供． 探讨2：物体做匀速圆周运动时，它所受的向心力的大小、方向有什么特点？ 【提示】　大小不变，方向时刻改变． 1．向心力大小的计算 Fn＝m＝mrω2＝mωv＝mr，在匀速圆周运动中，向心力大小不变；在非匀速圆周运动中，其大小随速率v的变化而变化． 2．向心力来源的分析 物体做圆周运动时，向心力由物体所受力中沿半径方向的力提供．可以由一个力充当向心力；也可以由几个力的合力充当向心力；还可以是某个力的分力充当向心力． 实例 向心力 示意图 用细线拴住的小球在竖直面内转动至最高点时 绳子的拉力和重力的合力提供向心力，F向＝F＋G 用细线拴住小球在光滑水平面内做匀速圆周运动 线的拉力提供向心力，F向＝FT 续表 实例 向心力 示意图 物体随转盘做匀速圆周运动，且相对转盘静止 转盘对物体的静摩擦力提供向心力，F向＝Ff 小球在细线作用下，在水平面内做圆周运动 重力和细线的拉力的合力提供向心力，F向＝F合 1．(多选)对于做匀速圆周运动的物体，下列判断正确的是(　　) A．合力的大小不变，方向一定指向圆心 B．合力的大小不变，方向也不变 C．合力产生的效果既改变速度的方向，又改变速度的大小 D．合力产生的效果只改变速度的方向，不改变速度的大小 【解析】　匀速圆周运动的合力等于向心力，由于线速度v的大小不变，故F合只能时刻与v的方向垂直，即指向圆心，故A对、B错；由合力F合的方向时刻与速度的方向垂直而沿切线方向无分力，故该力只改变速度的方向，不改变速度的大小，C错、D对． 【答案】　AD 2．(多选)用细绳拴着小球做圆锥摆运动，如图2－2－3所示，下列说法正确的是(　　) 【导学号 图2－2－3 A．小球受到重力、绳子的拉力和向心力的作用 B．小球做圆周运动的向心力是重力和绳子的拉力的合力 C．向心力的大小可以表示为F＝mrω2，也可以表示为F＝mgtan θ D．以上说法都正确 【解析】　小球受两个力的作用：重力和绳子的拉力，两个力的合力提供向心力，因此有F＝mgtan θ＝mrω2.所以正确答案为B、C. 【答案】　BC 3．(多选)在光滑的水平面上，用长为l的细线拴一质量为m的小球，使小球以角速度ω做匀速圆周运动．下列说法中正确的是(　　) A．l、ω不变，m越大线越易被拉断 B．m、ω不变，l越小线越易被拉断 C．m、l不变，ω越大线越易被拉断 D．m不变，l减半且角速度加倍时，线的拉力不变 【解析】　在光滑的水平面上，细线对小球的拉力提供小球做圆周运动的向心力．由F＝mrω2知，在角速度ω不变时，F与小球的质量m、半径l都成正比，A正确，B错误；在质量m不变时，F与l、ω2成正比，C正确，D错误． 【答案】　AC 向心力与合外力判断方法 (1)向心力是按力的作用效果来命名的，它不是某种确定性质的力，可以由某个力来提供，也可以由某个力的分力或几个力的合力来提供． (2)对于匀速圆周运动，合