高中物理 第五章 曲线运动 第11课时 向心力学案新人教版必修2.doc

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1、学案11向心力【学习目标】1.理解向心力的概念，知道向心力是根据力的作用效果命名的.2.掌握向心力的表达式，并会分析计算实际情景中的向心力.3.知道变速圆周运动中向心力是合外力的一个分力，知道合外力的作用效果．【学习任务】一、向心力[问题设计]1．如图1所示，用细绳拉着小球在光滑水平面内做匀速圆周运动，若小球的线速度为v，运动半径为r，则小球的向心加速度是多少？是什么力产生的加速度？该力的大小、方向如何？图12．若月球绕地球做匀速圆周运动的角速度为ω，月地距离为r，那么月球的向心加速度是多少？是什么力产生的加速度？该力的大小方向如何？[要点提炼]1．向心力的大小：F

2、n＝man＝m＝mω2r＝mωv＝m()2r.2．向心力的方向无论是否为匀速圆周运动，其向心力总是沿着半径指向圆心，方向时刻改变，故向心力是变力．3．向心力的作用效果——改变线速度的方向．由于向心力始终指向圆心，其方向与物体运动方向始终垂直，故向心力不改变线速度的大小．二、向心力的来源[问题设计]请同学们分析下列几种圆周运动所需向心力分别由什么力提供．图2(1)地球绕太阳做圆周运动．(2)圆盘上物块随圆盘一起匀速转动(如图2甲)．(3)在光滑漏斗内壁上，小球做匀速圆周运动(如图乙)．[要点提炼]1．向心力是根据力的作用效果命名的，它可以是重力、弹力、摩擦力等各种性质

3、的力，也可以是它们的合力，还可以是某个力的分力．注意：向心力不是具有特定性质的某种力，任何性质的力都可以作为向心力，受力分析时不能添加向心力．2．物体做匀速圆周运动的条件：合外力大小不变，方向始终与线速度方向垂直且指向圆心．三、实验：用圆锥摆粗略验证向心力的表达式[问题设计]如图3所示，用长为l的细线系一个质量为m的小球，当小球在水平面内做周期为T的匀速圆周运动时，绳子与竖直方向夹角为θ.图3(1)小球受哪些力作用，合力是多少？(2)若向心力的表达式正确，会有什么样的结果？[要点提炼]用圆锥摆粗略验证向心力表达式的原理：(1)让细线带动小球做稳定的圆周运动且小球刚好

4、离开水平桌面(如图4所示)，用秒表测出转n圈的时间t，计算出周期T.图4(2)用刻度尺测出圆半径r和小球距悬点的竖直高度h，计算出角θ的正切值，则F＝mgtanθ.(3)验证公式mgtanθ＝mr.四、变速圆周运动和一般的曲线运动[问题设计]用绳拴一沙袋，使沙袋在光滑水平面上做变速圆周运动，思考以下问题：(1)图5表示做圆周运动的沙袋正在加速运动的情况，分析绳对沙袋的拉力方向并讨论拉力的作用效果．图5(2)如果将拉力按照其作用效果进行分解，两个分力各产生了怎样的加速度？分加速度的效果如何？[要点提炼]1．变速圆周运动(1)受力特点：变速圆周运动中合外力并不指向圆心，

5、合力F产生改变速度大小和方向两个作用效果．即(2)向心加速度，向心力公式仍适用：某一点的向心加速度和向心力仍可用an＝＝ω2r，Fn＝m＝mω2r公式求解，只不过v、ω都是指那一点的瞬时速度．2．一般曲线运动的处理方法一般曲线运动，可以把曲线分割成许多极短的小段，每一小段的运动都可看作圆周运动的一部分，圆弧弯曲程度不同，表明它们具有不同的半径．这样，在分析质点经过曲线上某位置的运动时，可以采用圆周运动的分析方法进行处理．一、对向心力的理解例1关于做匀速圆周运动的物体所受的向心力，下列说法正确的是()A．因向心力总是沿半径指向圆心，且大小不变，故向心力是一个恒力B．因

6、向心力指向圆心，且与线速度方向垂直，所以它不能改变线速度的大小C．它是物体所受的合外力D．向心力和向心加速度的方向都是不变的二、向心力来源分析例2如图6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点相对圆盘静止．关于小强的受力，下列说法正确的是()图6A．小强在P点不动，因此不受摩擦力作用B．若使圆盘以较小的转速转动时，小强在P点受到的摩擦力为零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．如果小强随圆盘一起做变速圆周运动，那么其所受摩擦力仍指向圆心三、圆周运动中的动力学问题例3如图7所示，质量为1kg的小球用细绳悬挂于O点

7、，将小球拉离竖直位置释放后，到达最低点时的速度为2m/s，已知球心到悬点的距离为1m，重力加速度g＝10m/s2，求小球在最低点时对绳的拉力的大小．图7四、圆锥摆类模型例4如图8所示，已知绳长为L＝20cm，水平杆长为L′＝0.1m，小球质量m＝0.3kg，整个装置可绕竖直轴转动．(g取10m/s2)问：图8(1)要使绳子与竖直方向成45°角，试求该装置必须以多大的角速度转动才行？(2)此时绳子的张力多大？【补充学习材料】1．(对向心力的理解)下列关于向心力的说法中正确的是()A．物体受到向心力的作用才可能做圆周运动B．向心力是指向圆心方向的合力，是根据力的作用