2019-2020年高中物理第二章匀速圆周运动第2节匀速圆周运动的向心力和向心加速度教学案教科版必修2

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1、2019-2020年高中物理第二章匀速圆周运动第2节匀速圆周运动的向心力和向心加速度教学案教科版必修2　　　　　　　　　　　　　　　　　1.向心力是做匀速圆周运动的物体受到的指向圆心的合力，是按力的作用效果命名的，其作用是改变物体速度的方向。2．向心力始终指向圆心，与速度方向垂直，其大小为F＝mω2r＝m。3．向心加速度是物体在向心力作用下产生的，其方向一定指向圆心，大小为a＝＝ω2r，描述物体速度方向变化的快慢。一、向心力1．定义：做匀速圆周运动的物体受到的始终指向圆心的合力。2．方向：始终指向圆心，总是与运动方向垂直。3．作用效果：只改变速度方向，不改变速度大

2、小。4．向心力的大小(1)实验探究①探究目的：探究向心力大小F与质量m、角速度ω和半径r之间的关系。②实验方法：控制变量法。③实验过程a．保持ω、r相同，研究向心力F与小球质量之间的关系。b．保持m、r相同，研究向心力F与角速度ω之间的关系。c．保持ω、m相同，研究向心力F与半径r之间的关系。④实验结论：做匀速圆周运动所需向心力的大小，在质量和角速度一定时，与半径成正比；在质量和半径一定时，与角速度的平方成正比；在半径和角速度一定时，与质量成正比。(2)向心力的公式：F＝mω2r或F＝m。二、向心加速度1．定义做匀速圆周运动的物体，在向心力作用下产生的加速度。2．

3、大小a＝＝ω2r。3．方向与向心力的方向相同，总是沿着半径指向圆心，即始终与运动方向垂直。4．物理意义描述速度方向改变快慢的物理量。向心加速度越大，表示速度方向改变的越快。由于向心加速度始终与速度垂直，故向心加速度只改变速度的方向，不改变速度的大小。1．自主思考——判一判(1)向心力既可以改变速度的大小，也可以改变速度的方向。(×)(2)物体做圆周运动的速度越大，向心力一定越大。(×)(3)向心力和重力、弹力一样，是性质力。(×)(4)匀速圆周运动是加速度不变的曲线运动。(×)(5)匀速圆周运动的向心加速度的方向始终与速度方向垂直。(√)(6)物体做匀速圆周运动时

4、，速度变化量为零。(×)2．合作探究——议一议(1)如图221所示，用长短不同、材料和粗细均相同的两根绳子各拴着一个质量相同的小球，在光滑的水平面上做匀速圆周运动，若两个小球以相同的角速度运动，长绳容易断还是短绳容易断？若两个小球以相同的线速度运动呢？图221提示：若两小球角速度相同，由F＝mω2r可知，长绳中张力大，长绳易断。若两小球线速度相同，由F＝m可知，短绳中张力大，短绳易断。(2)甲同学认为由公式a＝知向心加速度a与运动半径r成反比；而乙同学认为由公式a＝ω2r知向心加速度a与运动半径r成正比，他们两人谁的观点正确？说一说你的观点。提示：他们两人的观点都

5、不准确。当v一定时，a与r成反比；当ω一定时，a与r成正比。(3)如图222所示，物体在圆筒壁上随筒壁一起绕竖直转轴匀速转动，试问：物体受几个力作用？向心力由什么力提供？图222提示：物体受三个力，分别为重力、弹力和摩擦力。物体做匀速圆周运动，向心力等于以上三个力的合力，由于重力与摩擦力抵消，实际上向心力仅由弹力提供。对向心力的理解1．大小：F＝ma＝m＝mω2r＝mωv＝mr(1)匀速圆周运动中向心力的大小始终不变。(2)非匀速圆周运动中向心力的大小随速率v的变化而变化，公式表述的只是瞬时值。2．方向：无论是否为匀速圆周运动，其向心力总是沿半径指向圆心，方向时刻

6、改变，故向心力是变力。3．向心力是效果力(1)向心力因其方向时刻指向圆心而得名，是效果力。(2)它的作用效果是只改变速度方向不改变速度大小。(3)不是因为物体做圆周运动才产生向心力，而是向心力作用迫使物体不断改变速度方向而做圆周运动。4．向心力的来源物体做圆周运动时，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＝T物

7、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＝f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[典例]　如图223所示，物块P置于水平转盘上随转盘一起运动，图中c方向沿半径指向圆心，a方向与c方向垂直。当转盘逆时针匀速转动时，下列说法正确的是(　　)图223A．P受的摩擦力方向为aB．P受的摩擦力方向为bC．P受的摩擦力方向为cD．P受的摩擦力方向可能为d[思路点拨]　[解析]　物块P在水平转盘上随转盘一起做匀速圆周运动，必须有向心力作用，而重力、支持力合力为零，故物块P的向心力应由指向圆心的静摩擦

8、力来提供，