《河北邢台高中物理第五章曲线运动第11课时向心力学案必修21.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《河北邢台高中物理第五章曲线运动第11课时向心力学案必修21.doc（11页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
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，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：Fnmanmm2rmvm()2r.2向心力的
2、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，
3、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.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，计算出角的正切值，则Fmgtan
4、.(3)验证公式mgtan 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，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an2r，Fnmm2r公式求解，只不过v、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
5、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
6、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1 kg的小球用细绳悬挂于O点，将小球拉离竖直位置释放后，到达最低点时的速度为2 m/s，已知球心到悬点的距离为1 m，重力加速度g10 m/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L20 cm，水平杆长为L0.1 m，小球质量m0.3 kg，整个装置可绕竖直轴转动(g取1
7、0 m/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，是根据力的作用效果来命名的，但受力分析时应该画出C向心力可以是重力、弹力、摩擦力等各种力的合力，也可以是其中某一种力或某几种力的合力D向心力只改变物体运动的方向，不改变物体运动的快慢2(向心力来源分析)在马戏团表演的场地里，表演者骑在大象背上，大象绕着场地走动，若大象是沿着半径为R的圆周匀速走动，则关于大象和表演者的受力情况，下面说法正确
8、的是( )A表演者骑在大象背上不动，他受到的力是平衡力B表演者的向心力是地面摩擦力通过大象作用于他的C大象和表演者所受向心力大小与两者的质量成正比D大象与人两者做匀速圆周运动的向心力是地面摩擦力提供的3(圆周运动的动力学问题)游客乘坐过山车，在圆弧轨道最低点处获得的向心加速度达20 m/s2，g取10 m/s2，那么此位置的座椅对游客的作用力相当于游客重力的( )A1倍 B2倍 C3倍 D4倍4(圆锥摆类模型)两个质量相同的小球，在同一水平面内做匀速圆周运动，悬点相同，如图9所示，A运动的半径比B的大，则( )图9AA所需的向心力比B的大BB所需的向心力比A的大CA的角速度比B的大DB的角速度
9、比A的大【实验班特供题组】题组一 对向心力的理解及其来源分析1下列关于向心力的说法中正确的是( )A物体由于做圆周运动而产生了一个向心力B向心力会改变做圆周运动物体的速度大小C做匀速圆周运动的物体其向心力即为其所受的合力D做匀速圆周运动的物体其向心力是不变的2如图1所示，物体A、B随水平圆盘绕轴匀速转动，物体B在水平方向所受的作用力有( )图1A圆盘对B及A对B的摩擦力，两力都指向圆心B圆盘对B的摩擦力指向圆心，A对B的摩擦力背离圆心C圆盘对B及A对B的摩擦力和向心力D圆盘对B的摩擦力和向心力3在水平面上，小猴拉着小滑块做匀速圆周运动，O点为圆心，能正确地表示小滑块受到的牵引力及摩擦力Ff的图
10、是( )4如图2所示，一小球用细绳悬挂于O点，将其拉离竖直位置一个角度后释放，则小球以O点为圆心做圆周运动，运动中小球所需的向心力是( )图2A绳的拉力B重力和绳的拉力的合力C重力和绳拉力的合力沿绳方向的分力D绳的拉力和重力沿绳方向的分力的合力5一个小物块从内壁粗糙的半球形碗边下滑，在下滑过程中由于摩擦力的作用，物块的速率恰好保持不变，如图3所示，下列说法中正确的是( )图3A物块所受合外力为零B物块所受合外力越来越大C物块所受合外力大小保持不变，但方向时刻改变D物块所受摩擦力大小变化题组二 圆锥摆类模型6质量为m的飞机，以速率v在水平面内做半径为R的匀速圆周运动，空气对飞机作用力的大小等于(
11、 )Am BmCm Dmg7如图4所示，一根细线下端拴一个金属小球P，细线的上端固定在金属块Q上，Q放在带小孔的水平桌面上小球在某一水平面内做匀速圆周运动(圆锥摆)现使小球在一个更高一些的水平面上做匀速圆周运动(图上未画出)，两次金属块Q都保持在桌面上静止则后一种情况与原来相比较，下面的判断中正确的是( )图4A小球P运动的周期变大B小球P运动的线速度变大C小球P运动的角速度变大DQ受到桌面的支持力变大8如图5所示，固定的锥形漏斗内壁是光滑的，内壁上有两个质量相等的小球A和B，在各自不同的水平面做匀速圆周运动，以下物理量大小关系正确的是( )图5A速度vAvBB角速度ABC向心力FAFBD向心
12、加速度aAaB9质量不计的轻质弹性杆P插在桌面上，杆端套有一个质量为m的小球，今使小球沿水平方向做半径为R的匀速圆周运动，角速度为，如图6所示，则杆的上端受到的作用力大小为( )图6Am2RB.C.D不能确定题组三 圆周运动中的动力学问题10如图7所示，半径为r的圆筒，绕竖直中心轴OO旋转，小物块a靠在圆筒的内壁上，它与圆筒内壁间的动摩擦因数为，最大静摩擦与动摩擦相同现要使a不下落，则圆筒转动的角速度至少为( )图7A. B.C. D.11在光滑的水平面上，用长为l的细线拴一质量为m的小球，使小球以角速度做匀速圆周运动下列说法中正确的是( )Al、不变，m越大线越易被拉断Bm、不变，l越小线越
13、易被拉断Cm、l不变，越大线越易被拉断Dm不变，l减半且角速度加倍时，线的拉力不变12如图8所示，在光滑杆上穿着两个小球m1、m2，有m12m2，用细线把两球连起来，当盘架匀速转动时，两小球刚好能与杆保持无相对滑动，此时两小球到转轴的距离r1与r2之比为( )图8A11 B1 C21 D1213如图9所示，在水平转台上放一个质量M2 kg 的木块，它与转台间最大静摩擦力Ffmax6.0 N，绳的一端系在木块上，穿过转台的中心孔O(孔光滑，忽略小滑轮的影响)，另一端悬挂一个质量m1.0 kg 的物体，当转台以角速度5 rad/s匀速转动时，木块相对转台静止，则木块到O点的距离可能是(g取10 m/s2，M、m均视为质点)( )图9A0.04 m B0.08 mC0.16 m D0.32 m14如图10所示，水平转盘上放有质量为m的物体(可视为质点)，连接物体和转轴的绳子长为r，物体与转盘间的最大静摩擦力是其压力的倍，转盘的角速度由零逐渐增大，求：图10(1)绳子对物体的拉力为零时的最大角速度；(2)当角速度为 时，绳子对物体拉力的大小- 11 -
