向心力+高一下學(xué)期物理人教版（2019）必修第二冊(cè)

6.2向心力1.理解向心力的概念及其表達(dá)式的確切含義。2.感受影響向心力大小的因素，通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究它們之間的關(guān)系。3.掌握向心力的表達(dá)式，能夠計(jì)算簡(jiǎn)單情境中的向心力。4.知道變速圓周運(yùn)動(dòng)和一般曲線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的分析方法。這就是我們今天將要學(xué)習(xí)的問(wèn)題。勇敢者轉(zhuǎn)盤(pán)，空中飛椅，它們與人一起做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。你知道它們?cè)谶\(yùn)動(dòng)過(guò)程中所受合力的方向有什么特點(diǎn)嗎？一、向心力1.定義：

做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體所受的合力總指向圓心，這個(gè)指向圓心的力叫作向心力。符號(hào)：FN2.方向：與速度方向垂直，時(shí)刻指向圓心，是變力。3.作用效果：改變速度的方向。OFFFvvvO

如圖所示的兩個(gè)小球都在水平面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，請(qǐng)對(duì)小球進(jìn)行受力分析。mgNmgN思考：小球受重力、彈力那向心力從哪里來(lái)呢？向心力的施力物體又是什么物體呢？向心力并不是像重力、彈力、摩擦力那樣作為具有某種性質(zhì)的力來(lái)命名的。它是由某個(gè)力或者幾個(gè)力的合力提供的，是根據(jù)力的作用效果命名的。只能表述為什么力提供向心力，不能說(shuō)物體受到向心力。mgmgNN可以這樣表述：物體所受重力和彈力的合力充當(dāng)向心力；或者物體所受支持力在水平方向上的分力充當(dāng)向心力。4.向心力的來(lái)源滾筒洗衣機(jī)中物體隨滾筒一起勻速轉(zhuǎn)動(dòng)在水平面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)（不計(jì)摩擦）物體所受重力、摩擦力和支持力的合力充當(dāng)向心力玻璃球所受重力和內(nèi)壁的支持力的合力充當(dāng)向心力小物塊在轉(zhuǎn)臺(tái)上做勻速圓周運(yùn)動(dòng)小物塊所受靜摩擦力充當(dāng)向心力判斷：1、做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體所受合力提供向心力。（）2、向心力總是指向圓心。（

）3、向心力一定和速度方向垂直。（

）4、向心力是根據(jù)力的作用效果命名的。（

）5、向心力的作用是改變物體的速度。（）√√√√×實(shí)驗(yàn)步驟：（1）在繩子的一端拴一個(gè)小沙袋，另一端握在手中，將手舉過(guò)頭頂，使沙袋在水平面內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng)。沙袋所受的向心力近似等于手通過(guò)繩對(duì)沙袋的拉力。（2）保持沙袋轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和繩的長(zhǎng)度不變，改變沙袋的質(zhì)量感受向心力的變化。（3）保持繩的長(zhǎng)度和沙袋的質(zhì)量不變，改變沙袋轉(zhuǎn)動(dòng)的速度感受向心力的變化。（4）保持沙袋的質(zhì)量和沙袋轉(zhuǎn)動(dòng)的速度不變，改變繩的長(zhǎng)度，感受向心力的變化。感受向心力做一做實(shí)驗(yàn)器材：繩子、小沙袋r二、向心力的大小實(shí)驗(yàn)結(jié)論：做圓周運(yùn)動(dòng)的物體所受向心力的大小與物體的質(zhì)量、速度、軌道半徑等因素有關(guān)系。向心力的大小與物體的質(zhì)量、速度、軌道半徑有什么樣關(guān)系呢？我們可以通過(guò)向心力演示器對(duì)此進(jìn)行更深入的研究。實(shí)驗(yàn)探究向心力大小的表達(dá)式1.實(shí)驗(yàn)器材：向心力演示器、兩個(gè)質(zhì)量相同的鋼球和一個(gè)質(zhì)量小的鋁球。向心力演示器124358762.向心力演示器的構(gòu)造勻速轉(zhuǎn)動(dòng)手柄1、變速塔輪2和3、長(zhǎng)槽4和短槽5、橫臂6、彈簧測(cè)力套筒7、標(biāo)尺8。3.原理勻速轉(zhuǎn)動(dòng)手柄，使變速塔輪以及長(zhǎng)槽和短槽和槽內(nèi)的的小球隨之勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，使小球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的向心力由橫臂的擋板對(duì)小球的壓力提供。球?qū)醢宓姆醋饔昧?，通過(guò)橫臂的杠桿作用使彈簧測(cè)力套筒下降，從而露出標(biāo)尺。根據(jù)標(biāo)尺上露出的紅白相間等分標(biāo)記，可以粗略計(jì)算出兩個(gè)球所受向心力的比值。4、實(shí)驗(yàn)步驟（1）向心力與質(zhì)量關(guān)系讓鋼球與鋁球的質(zhì)量之比為2:1。將鋼球和鋁球分別放在相同半徑處，搖動(dòng)手柄。觀(guān)察套桶露出標(biāo)度的格數(shù)，比較向心力的大小。其他條件相同的條件下，質(zhì)量越大，套桶露出標(biāo)度的格數(shù)越多，即向心力越大（2）向心力與角速度的關(guān)系將兩個(gè)質(zhì)量相同的小鋼球放在相同半徑處。皮帶套在兩個(gè)半徑為2:1的塔輪上，轉(zhuǎn)動(dòng)手柄觀(guān)察套筒露出標(biāo)度的格數(shù)，比較向心力的大小。其他條件相同的條件下，角速度越大，套桶露出標(biāo)度的格數(shù)越多，即向心力越大。（3）向心力與半徑的關(guān)系將兩個(gè)質(zhì)量相同的鋼球分別放在不同半徑處。搖動(dòng)手柄觀(guān)察套筒露出標(biāo)度的格數(shù)，比較向心力的大小。其他條件相同的條件下，半徑越大，套桶露出標(biāo)度的格數(shù)越多，即向心力越大。精確的實(shí)驗(yàn)表明，向心力的大小可以表示為：Fn

＝mω2r由：v=ωr得

三、變速圓周運(yùn)動(dòng)和一般曲線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的受力特點(diǎn)1.當(dāng)沿圓周運(yùn)動(dòng)的物體所受的合力不指向圓心時(shí)，物體做變速圓周運(yùn)動(dòng)。2.物體做變速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)：當(dāng)合外力與速度夾銳角時(shí)，物體線(xiàn)速度增加

當(dāng)合外力與速度夾鈍角時(shí)，物體線(xiàn)速度減小

向心分力Fn

，與速度方向垂直，只改變線(xiàn)速度方向。切向分力Fτ，與速度方向共線(xiàn)改變線(xiàn)速度的大小。OFn

F合運(yùn)動(dòng)軌跡既不是直線(xiàn)也不是圓周的曲線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，可以稱(chēng)為一般曲線(xiàn)運(yùn)動(dòng)。r1r2研究方法：把一般曲線(xiàn)分割為許多極短的小段，每一段都可以看作一小段圓弧。這些圓弧的彎曲程度不一樣，表明它們具有不同的曲率半徑。在分析質(zhì)點(diǎn)經(jīng)過(guò)曲線(xiàn)上某位置的運(yùn)動(dòng)時(shí)可以采用圓周運(yùn)動(dòng)的分析方法進(jìn)行處理。3.一般曲線(xiàn)運(yùn)動(dòng)1.(多選)下面關(guān)于向心力的敘述中，正確的是（

）A.向心力的方向始終沿著半徑指向圓心，所以是一個(gè)變力B.做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體，除了受到別的物體對(duì)它的作用力外，還一定受到一個(gè)向心力的作用C.向心力可以是重力、彈力、摩擦力中的某個(gè)力，也可以是這些力中某幾個(gè)力的合力，或者是某一個(gè)力的分力D.向心力只改變物體速度的方向，不改變物體速度的大小BCD2.如圖所示，在勻速轉(zhuǎn)動(dòng)的圓筒內(nèi)壁上緊靠著一個(gè)物體，物體隨圓筒一起轉(zhuǎn)動(dòng)，物體所需的向心力由下面哪個(gè)力來(lái)提供()A.重力 B.彈力C.靜摩擦