人教版 (2019)必修 第二册2 向心力集体备课课件ppt

课题名

6.2《向心力》

课型

新授课

教学目标

1、理解向心力的概念。

2、知道向心力与哪些因素有关，理解公式的确切含义并能用来计算。

3、能够应用向心力公式求解圆周运动的问题。 

教学重难点

重点：

概念以及物理量之间的联系；确定圆周运动各点运动快慢的方法

难点：

理解匀速圆周运动线速度方向，理解线速度、角速度的物理意义

教学环节

教学过程

课堂导入

【巩固】

1. 什么是圆周运动，什么是匀速圆周运动？

2.什么是线速度、角速度和周期?

3.线速度、角速度和周期之间的关系

【导入】

课本P27[问题？]

做圆周运动的物体，其运动状态不断变化，说明物体一定受到了力的作用，那么迫使物体做圆周运动的力，其方向有什么特点呢？——牛顿第一定律

知识精讲

   圆周运动受力分析

1. 飞椅与人受到哪些力？所受合力的方向有什么特点？

2. 转弯的赛车是否受到摩擦力？

赛车受到的合力有何特点？

3. 使链球做圆周运动的力指向何方？

4.  使地球绕太阳做圆周运动需要力吗？指向哪里？

一、向心力

1.做匀速圆周运动的物体所受的指向圆心的力

2．方向

向心力的方向始终指向圆心，由于方向时刻改变，所以向心力是变力．

3．效果力

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．

4.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

向心力是根据力的作用效果命名，由某个力或几个力的合力提供.

向心力来源可以是重力、弹力、摩擦力等各种性质的力.

几种常见的实例如下：

三、探究向心力大小的表达式

1.探究向心力大小的表达式

影响向心力大小的因素很多，我们需要采用控制变量的方法来进行实验——向心力演示器

2. 实验步骤：

①保持和r相同，研究小球做圆周运动所需向心力Fn与质量m之间的关系(钢球—铝球)，记录实验教据。

②保持m和r相同，研究小球做圆周运动所需向心力Fn与角速度之间的关系(不同)，记录实验数据。

③保持和m相同，研究小球做圆周运动所需向心力Fn与半径r 之间的关系(r不同)，记录实验数据。

3. 实验结果：

做匀速圆周运动所需向心力Fn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。

【总结】精确的实验表明，向心力的大小可表示为

四、变速圆周运动和一般曲线运动的受力特点

1、变速圆周运动的受力特点

（1）当沿圆周运动的物体所受的合力不指向圆心时，物体做变速圆周运动。

（2）可以把F合分解为与圆周相切的Ft和指向圆心的Fn，Ft使小物体的速度越来越大，Fn提供小物体做圆周运动所需要的向心力。

[结论]：变速圆周运动所受的合力F合部分提供向心力

2、一般曲线运动的受力特点

（1）定义：运动轨迹既不是直线也不是圆周的曲线运动

（2）一般的曲线运动，各个位置的弯曲程度不同，但是可以把曲线分割成很多很短的小段，每一段都可以看做圆周的一部分（具有不同的曲率半径），就可以采用圆周运动的分析方法来处理。

巩固提升 一：

1．下列关于向心力的叙述中，不正确的是（　　）

A．向心力的方向始终沿着半径指向圆心，所以是一个变力

B．做匀速圆周运动的物体，除了受到别的作用力外，还受到一个向心力的作用

C．向心力只改变物体线速度的方向，不改变物体线速度的大小

D．向心力可以由某个力来提供，也可以由某几个力的合力来提供，或者由某一个力的分力来提供

答案B

【详解】

A．向心力时刻指向圆心，与速度垂直，所以是一个变力，故A正确，不符合题意；

BD．向心力是根据力的作用效果来命名的，它可以是物体受力的合力，也可以是某一个力的分力，因此，在进行受力分析时，不能再分析向心力，故B错误，符合题意，D正确，不符合题意；

C．向心力时刻指向圆心，与速度垂直，所以向心力只改变速度方向，不改变速度大小，故C正确，不符合题意。

故选B。

巩固提升二

2.如图所示，水平转台上放着一个纸箱A，当转台匀速转动时，纸箱相对转台静止。关于这种情况下纸箱A的受力情况，下列说法正确的是（　　）

A．受重力、台面的支持力、向心力和静摩擦力

B．受重力、台面的支持力和静摩擦力

C．受重力和台面的支持力

D．受重力、台面的支持力和向心力

答案　B

【详解】

当转台匀速转动时，纸箱相对转台静止，所以纸箱A受重力、台面的支持力和静摩擦力，其中静摩擦力提供纸箱随转台一起做圆周运动的向心力，向心力是效果力，是一种力或几种力的合力，不是某种性质的力，因此ACD错误，B正确。

故选B。

巩固提升三

3.如图所示，把一个小球放在玻璃漏斗中，晃动漏斗后，可以使小球在短时间内沿光滑的漏斗壁在某一水平面内做匀速圆周运动，则提供小球做匀速圆周运动的向心力是（　　）

A．小球的重力            B．小球对漏斗的压力

C．漏斗对小球的弹力      D．漏斗对小球的弹力沿水平方向的分力

答案D

【详解】

对小球受力分析，重力竖直向下，支持力垂直漏斗内壁向上，合力指向圆心，提供向心力，故漏斗对小球的弹力沿水平方向的分力提供小球做匀速圆周运动的向心力，ABC错误，D正确。

故选D。

巩固提升四

4.如图，两个小木块a和b（可视为质点）放在水平圆盘上，质量分别为2m和m，a与转轴OO′的距离为L，b与转轴的距离为2L。木块与圆盘的最大静摩擦力为木块所受重力的k倍，重力加速度大小为g。若圆盘从静止开始绕轴缓慢地加速转动，用ω表示圆盘转动的角速度，下列说法正确的是（　　）

A．木块受重力、支持力、摩擦力和向心力

B．b一定比a先开始滑动

C．是b开始滑动的临界角速度

D．当时，a所受摩擦力的大小为kmg

答案BC

【详解】

A．木块受重力，支持力、摩擦力，向心力是效果力，是由合力提供，故A错误；

B．木块所受静摩擦力提供向心力，根据可知，半径大的需要的向心力大，随着圆盘转动加快，木块b需要的向心力先超过其所受的最大静摩擦力，故b一定比a先开始滑动，故B正确；

C．由，，解得b开始滑动的临界角速度为

故C正确；

D．由，，解得当a将要滑动瞬间的临界角速度为

故当时，a未滑动，所受摩擦力的大小为

故D错误。  故选BC。

巩固提升五

5.如图所示，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（小孔光滑）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）。现使小球到一个更高一些的水平面上做匀速圆周运动（图中P'位置），两次金属块Q都静止在桌面上的同一点，细线在桌面上方的部分始终保持水平，则后一种情况与原来相比较，下面的判断中正确的是（　　）

A．细线所受的拉力变大

B．小球P运动的角速度变小

C．Q受到桌面的静摩擦力变小

D．Q受到桌面的支持力变大

答案A

【详解】

AB．设细线与竖直方向的夹角为θ，细线的拉力大小为FT，细线的长度为L，P球做匀速圆周运动时，由重力和细线拉力的合力提供向心力，如图所示

则有

Fn=mgtanθ=mω2Lsinθ

得角速度

使小球到一个更高一些的水平面上做匀速圆周运动时，θ增大，cosθ减小，则得到细线拉力FT增大，角速度增大，A正确，B错误；

C．对Q，拉力增大，由平衡条件知，Q受到桌面的静摩擦力变大，C错误；

D．金属块Q在桌面上保持静止，根据平衡条件知，Q受到桌面的支持力等于其重力，保持不变，D错误；

故选A。

巩固提升六

6.如图所示，质量为m的小球用细线悬于B点，使小球在水平面内做匀速圆周运动，重力加速度为g。若悬挂小球的细线长为l，细线与竖直方向的夹角为，小球做匀速圆周运动的角速度为，下列说法错误的是（　　）

A．小球做圆周运动的向心力大小为

B．细线对小球的拉力为

C．小球的向心力为

D．小球做圆周运动的周期为

答案  C

【详解】

A．对小球受力分析可知，小球做圆周运动的向心力大小为

选项A正确，不符合题意；

B．细线对小球的拉力为

选项B正确，不符合题意；

C．小球的向心力为

选项C错误，符合题意；

D．小球做圆周运动的周期为

选项D正确，不符合题意。

故选C。

课堂小结

 1、做匀速圆周运动的物体，所受的合力指向圆心，这个力叫做向心力。

2、向心力的大小可以通过力的合成与分解来分析。

3、向心力的大小与物体的运动状态有关：

4、变速圆周运动和一般的曲线运动有特别的方法来分析其受力。 

板书设计

  6.2 向心力

一、一个平面运动的实例     三、向心力的大小

二、向心力                    1、感受向心力

1、定义                       2、探究向心力大小的表达式

2、方向特点

3、效果                    四、变速圆周运动和一般曲线

4、来源分析                          运动的受力特点

课后作业

1．如图所示，一个小球可以绕O点在竖直面内做圆周运动。B点是圆周运动的最低点，不可伸长的悬线的长为L。现将球拉至A点，悬线刚好拉直，悬线与竖直方向的夹角θ=53°，给小球一个水平向右的初速度，结果小球刚好平抛到B点，小球的质量为m。重力加速度为g，sin 37°=0.6，cos37°=0.8，求：

（1）小球的初速度大小；

（2）小球在B点开始做圆周运动时悬线的张力。

答案（1）；（2）1.8mg

【详解】

（1）小球从A到B做平抛运动，设运动的时间为t，则根据运动学公式有

联立上述两式解得小球的初速度大小为

（2）小球运动到B点时，由于绳子绷紧，小球竖直方向的分速度可视为瞬间变为零，因此小球在B点开始做圆周运动的线速度大小为v0，设此时悬线的张力大小为F，则由牛顿第二定律可得

解得

F=1.8mg

2.晓明站在水平地面上，手握不可伸长的轻绳一端，绳的另一端系有质量为m的小球，甩动手腕，使球在竖直平面内做圆周运动，当球某次运动到最低点时，绳突然断掉．球飞离水平距离d后落地，如图所示，已知握绳的手离地面高度为d，手与球之间的绳长为d，重力加速度为g忽略手的运动半径和空气阻力．

(1)求绳断时球的速度大小v1和球落地时的速度大小v2

(2)问绳能承受的最大拉力多大？

答案 （1）v1=；v2= （2）　T=mg

【详解】

(1)设绳断后球飞行时间为t，由平抛运动规律，有：

y方向：

x方向：

d=v1t，

所以

．

根据机械能守恒定律则：

，

所以

(2)设绳能承受的最大拉力大小为F，这也是球受到绳的最大拉力大小.球做圆周运动的半径为，根据圆周运动向心力公式

，

解得

．

教学反思