《高考物理1.1.6向心力学案》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高考物理1.1.6向心力学案（22页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、1.1.6向心力学习目标核心凝炼1.了解向心力的概念，知道它是根据力的效果命名的。1个概念向心力4个常用表达式FnmFnm2r FnmrFnmv2.经历实验探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系。3.掌握向心力的表达式，并能用来进行计算。4.知道变速圆周运动中向心力是合力的一个分力，知道合力的作用效果。一、向心力观图助学(1)花样滑冰运动员转弯时受到几个力作用？方向怎样？(2)汽车在弯曲的公路上行驶时受到力的方向怎样？1.定义：做匀速圆周运动的物体产生向心加速度的原因是它受到了指向圆心的合力，这个力叫做向心力。2.方向：始终沿着半径指向圆心。3.表达式(1)Fnm。(2)Fnm2r。4.效果
2、力：向心力是根据力的作用效果来命名的，凡是产生向心加速度的力，不管属于哪种性质，都是向心力。 理解概念判断下列说法是否正确。(1)做匀速圆周运动的物体所受的向心力是恒力。()(2)向心力和重力、弹力一样，是性质力。()(3)向心力可以由重力、弹力或其它力等来提供，是效果力。()(4)汽车转弯时速度过大就会向外发生侧滑，这是汽车轮胎受沿转弯半径向内的静摩擦力不足以提供汽车转弯所需向心力的缘故。()二、变速圆周运动和一般的曲线运动观图助学如图所示，深圳欢乐谷“全球至尊弹射式过山车”堪称中国最大的过山车，轨道全长887 m，垂直落差67 m，乘坐过后给人一种“刺激、惊奇、爽快”的感觉。(1)当过山车
3、向下运动到如图位置时，过山车所受合力的方向还指向圆心吗？(2)对于一般的曲线运动，能否采用圆周运动的分析方法处理？1.变速圆周运动的合力：变速圆周运动的合力产生两个方向的效果：(1)跟圆周相切的分力Ft：产生切向加速度，此加速度改变线速度的大小。(2)指向圆心的分力Fn：产生向心加速度，此加速度改变线速度的方向。2.一般的曲线运动(1)定义：运动轨迹既不是直线也不是圆周的曲线运动。(2)处理方法：一般的曲线运动中，可以把曲线分割成许多很短的小段，质点在每小段的运动都可以看作圆周运动的一部分。 理解概念判断下列说法是否正确。(1)圆周运动中指向圆心的合力等于向心力。()(2)圆周运动中，合外力一
4、定等于向心力。()(3)向心力产生向心加速度。()(4)向心力既可以改变速度的大小，也可以改变速度的方向。()实验：探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系探究归纳1.实验装置：向心力演示仪(介绍向心力演示仪的构造和使用方法)2.实验方法：控制变量法3.实验过程(1)保持两个小球质量m和角速度相同，使两球运动半径r不同进行实验，比较向心力F与运动半径r之间的关系。(2)保持两个小球质量m和运动半径r相同，使两球的角速度不同进行实验，比较向心力F与角速度之间的关系。(3)保持运动半径r和角速度相同，用质量m不同的钢球和铝球进行实验，比较向心力的大小与质量m的关系。4.实验结论两球相同的物理量不同
5、的物理量实验结论1m、rr越大，F向越大，F向r2m、r越大，F向越大，F向23 r、 mm越大，F向越大，F向m试题案例 例1 用如图1所示的装置可以探究做匀速圆周运动的物体需要的向心力的大小与哪些因素有关。图1(1)本实验采用的科学方法是_。A.控制变量法 B.累积法C.微元法 D.放大法(2)图示情景正在探究的是_。A.向心力的大小与半径的关系B.向心力的大小与线速度大小的关系C.向心力的大小与角速度大小的关系D.向心力的大小与物体质量的关系(3)通过本实验可以得到的结果是_。A.在质量和半径一定的情况下，向心力的大小与角速度成正比B.在质量和半径一定的情况下，向心力的大小与线速度的大小
6、成正比C.在半径和角速度一定的情况下，向心力的大小与质量成正比D.在质量和角速度一定的情况下，向心力的大小与半径成正反比解析(1)这个装置中，控制半径、角速度不变，只改变质量，来研究向心力与质量之间的关系，故采用控制变量法，A正确。(2)控制半径、角速度不变，只改变质量，来研究向心力与质量之间的关系，所以选项D正确。(3)通过控制变量法，得到的结果为在半径和角速度一定的情况下，向心力的大小与质量成正比，所以选项C正确。答案(1)A(2)D(3)C针对训练1 某兴趣小组用如图2甲所示的装置与传感器结合，探究向心力大小的影响因素。实验时用手拨动旋臂产生圆周运动，力传感器和光电门固定在实验器上，测量
7、角速度和向心力。(1)电脑通过光电门测量挡光杆通过光电门的时间，并由挡光杆的宽度d、挡光杆通过光电门的时间t、挡光杆做圆周运动的半径r，自动计算出砝码做圆周运动的角速度，则其计算角速度的表达式为_。(2)图乙中取两条曲线为相同半径、不同质量下向心力与角速度的关系图线，由图可知。曲线对应的砝码质量_(选填“大于”或“小于”)曲线对应的砝码质量。图2解析(1)物体转动的线速度v由计算得出：(2)图中抛物线说明：向心力F和2成正比；若保持角速度和半径都不变，则质点做圆周运动的向心加速度不变，由牛顿第二定律Fma可以知道，质量大的物体需要的向心力大，所以曲线对应的砝码质量小于曲线对应的砝码质量。然后再
8、结合图象中的数据判断是否满足：在半径相同的情况下，Fm2。答案(1)(2)小于对向心力的理解及匀速圆周运动的分析观察探究如图3所示，甲图中圆盘上物体随圆盘一起匀速转动；乙图中在光滑漏斗内壁上，小球做匀速圆周运动；丙图中长为L的细绳一端固定，另一端系一质量为m的小球，若给小球一个合适的初速度，小球便可在水平面内做匀速圆周运动，这样就构成了一个圆锥摆。图3(1)它们运动所需要的向心力分别由什么力提供？ (2)它们运动所需要的向心力与物体受到的合力有什么关系？答案(1)甲图中圆盘上物体所需要的向心力由圆盘对它的指向圆心的静摩擦力提供；乙图中光滑漏斗内的小球做圆周运动的向心力由它所受的弹力和重力的合力
9、提供；丙图中小球做圆锥摆运动的向心力由细绳的拉力和重力的合力提供。(2)它们运动所需要的向心力与物体受到的合力相等。探究归纳1.向心力的理解(1)方向：方向时刻在变化，始终指向圆心，与线速度的方向垂直。(2)大小：Fnmammr2mvmr。(3)作用效果：由于向心力的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，只改变线速度的方向。2.匀速圆周运动的分析(1)向心力的来源：做匀速圆周运动的物体所需要的向心力由物体受到的合力提供，即F向F合。(2)匀速圆周运动的三个特点线速度大小不变、方向时刻改变。角速度、周期、转速都恒定不变。向心加速度和向心力的大小都恒定不变，但方向时刻改变，沿半径
10、指向圆心。(3)常见的几个实例分析实例向心力示意图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，在水平面内做匀速圆周运动小球的重力和细线的拉力的合力提供向心力，F向F合木块随圆桶绕轴线做匀速圆周运动圆桶侧壁对木块的弹力提供向心力，F向FN试题案例 例2 下列关于向心力的说法中正确的是()A.做匀速圆周运动的物体除了受到重力、弹力等力外还受到向心力的作用B.向心力和重力、弹力一样，是性质力C.做匀速圆周运动的物体其向心力即为其所受的合外力D.做圆周运动的物体所受各力的合力一定
11、充当向心力解析向心力是一个效果力，可以是某一个力，也可以是几个力的合力，或是某个力的分力，选项A、B错误；匀速圆周运动所受合外力指向圆心，完全提供向心力，非匀速圆周运动中是合外力指向圆心的分力提供向心力，选项C正确，D错误。答案C例3 (2018临沂高一检测)如图4甲为游乐园中“空中飞椅”的游戏设施，它的基本装置是将绳子上端固定在转盘的边缘上，绳子的下端连接座椅，人坐在座椅上随转盘旋转而在空中飞旋。若将人和座椅看成一个质点，则可简化为如图乙所示的物理模型，其中P为处于水平面内的转盘，可绕竖直转轴OO转动，设绳长l10 m，质点的质量m60 kg，转盘静止时质点与转轴之间的距离d4.0 m，转盘
12、逐渐加速转动，经过一段时间后质点与转盘一起做匀速圆周运动，此时绳与竖直方向的夹角37，不计空气阻力及绳重，且绳不可伸长，sin 370.6, cos 370.8，g10 m/s2，求质点与转盘一起做匀速圆周运动时，图4(1)绳子拉力的大小；(2)转盘角速度的大小。【思路点拨】(1)质点在水平面内做匀速圆周运动，在竖直方向上合力为零。(2)质点到竖直轴OO间的距离为小球圆周运动的半径。解析(1)如图所示，对人和座椅进行受力分析，图中F为绳子的拉力，在竖直方向：Fcos 37mg0解得F750 N。(2)人和座椅在水平面内做匀速圆周运动，重力和绳子拉力的合力提供向心力，根据牛顿第二定律有mgtan
13、 37m2RRdlsin 37联立解得 rad/s。答案(1)750 N(2) rad/s解答匀速圆周运动问题的基本步骤(1)明确研究对象，对研究对象进行受力分析，画出受力示意图。(2)确定物体做圆周运动的轨道平面、圆心、半径。(3)将物体所受外力通过力的正交分解，分解到沿切线方向和沿半径方向。(4)列方程：沿半径方向满足F合1mr2m，沿切线方向F合20。(5)解方程求出结果。针对训练2 (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，以角速度做匀速圆周运动，下列说法中正确的是()A.l、不变，m越大线越易被拉断B.m、不变，l越小线越易被拉断C.m、l不变，越大线越易被拉断D.
14、m不变，l减半且角速度加倍时，线的拉力不变解析在光滑水平面上的物体的向心力由绳的拉力提供，由向心力公式Fm2l知，l、不变，m越大，所需的向心力越大，线越易被拉断，选项A正确；同理，C正确，B、D错误。答案AC变速圆周运动和一般曲线运动的分析观察探究荡秋千是小朋友很喜欢的游戏，如图5所示是荡秋千的情景。图5(1)当秋千向下荡时小朋友做的是匀速圆周运动还是变速圆周运动？(2)绳子拉力与重力的合力指向悬挂点吗？运动过程中，公式Fnmm2r还适用吗？答案 (1)小朋友做的是变速圆周运动。(2)小朋友荡到最低点时，绳子拉力与重力的合力指向悬挂点，在其他位置，合力不指向悬挂点。公式Fnmm2r仍然适用。探究归纳1.匀速圆周运动与变速圆周运动的比较匀速圆周运动变速圆周运动线速度特点线速度的方向不断改变、大小不变线速度的大小、方向都不断改变加速度特点只有向心加速度，方向指向圆心，不断改变，大小不变既有向心加速度，又有切向加速度。其中向心加速度指向圆心，大小、方向都不断改变受力特点合力方向一定指向圆心，
