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課時(shí) 1
題目 6.2.向心力 探究向心力大小的表達(dá)式 年級(jí) 高一
學(xué)習(xí)目標(biāo) 1.理解向心力的概念，知道向心力是根據(jù)力的作用效果命名的。 2.掌握向心力的表達(dá)式，并會(huì)分析計(jì)算實(shí)際情境中的向心力。 3.通過(guò)生活中的實(shí)例，理解向心力的概念和特點(diǎn)，知道向心力的來(lái)源。 4.通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究，理解向心力的表達(dá)式。
基礎(chǔ)知識(shí) 一、向心力 1．定義：做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體所受的合力總指向 ，這個(gè)指向 的力就叫向心力。 2．方向：始終指向 ，由于方向 ，所以向心力是 。 3．效果：向心力只改變速度的 。 4．來(lái)源：向心力是根據(jù)力的 來(lái)命名的，它是由某個(gè)力或者幾個(gè)力的合力提供的。 二、實(shí)驗(yàn)：探究向心力大小的表達(dá)式 精確的實(shí)驗(yàn)表明向心力的大小可以表示為 Fn＝ m＝ mω2r＝m2r。
課堂拓展 一、向心力 [想一想]如圖所示，在勻速轉(zhuǎn)動(dòng)的水平圓盤上有一個(gè)相對(duì)圓盤靜止的物體，物體受重力、彈力、摩擦力和向心力，對(duì)嗎？物體所受摩擦力沿什么方向？ 【例1】(生活情境命題)如圖所示，一只老鷹在水平面內(nèi)盤旋做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，則關(guān)于老鷹受力的說(shuō)法正確的是( B ) A．老鷹受重力、空氣對(duì)它的作用力和向心力的作用 B．老鷹受重力和空氣對(duì)它的作用力 C．老鷹受重力和向心力的作用 D．老鷹受空氣對(duì)它的作用力和向心力的作用 【變式】如圖所示，一圓盤可繞通過(guò)圓盤的中心O且垂直于盤面的豎直軸轉(zhuǎn)動(dòng)，在圓盤上放置一小木塊A，它隨圓盤一起做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。關(guān)于木塊A的受力，下列說(shuō)法正確的是( C ) A．木塊A受重力、支持力和向心力 B．木塊A受重力、支持力和靜摩擦力，靜摩擦力的方向與木塊運(yùn)動(dòng)方向相反 C．木塊A受重力、支持力和靜摩擦力，靜摩擦力的方向指向圓心 D．木塊A受重力、支持力和靜摩擦力，靜摩擦力的方向與木塊運(yùn)動(dòng)方向相同 二 實(shí)驗(yàn)：探究向心力大小的表達(dá)式 步驟1　感受向心力 【實(shí)驗(yàn)原理】如圖所示，在繩子的一端拴一個(gè)小沙袋(或其他小物體)，另一端握在手中。將手舉過(guò)頭頂，使沙袋在水平面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，此時(shí)沙袋所受的向心力近似等于繩對(duì)沙袋的拉力。 【實(shí)驗(yàn)結(jié)論】　半徑越 ，角速度越 ，質(zhì)量越 ，向心力越大。 步驟2　用向心力演示器定量探究 【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?1)探究向心力大小與小球質(zhì)量、運(yùn)動(dòng)半徑、角速度的關(guān)系。 (2)學(xué)會(huì)用控制變量法探究物理規(guī)律。 【實(shí)驗(yàn)原理與設(shè)計(jì)】 (1)實(shí)驗(yàn)的基本思想——控制變量法 在物理實(shí)驗(yàn)中，根據(jù)實(shí)驗(yàn)需求，要注意使實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的不同變量保持不變。 (2)設(shè)計(jì)思路 ①若要討論向心力與小球質(zhì)量的關(guān)系，應(yīng)控制運(yùn)動(dòng)半徑、角速度不變。 ②若要討論向心力與運(yùn)動(dòng)半徑的關(guān)系，應(yīng)控制小球質(zhì)量、角速度不變。 ③若要討論向心力與角速度的關(guān)系，應(yīng)控制小球質(zhì)量、運(yùn)動(dòng)半徑不變。 【實(shí)驗(yàn)裝置】　向心力演示器如圖所示。 【實(shí)驗(yàn)過(guò)程】 (1)保持兩個(gè)小球質(zhì)量m和角速度ω相同，使兩球運(yùn)動(dòng)半徑r不同，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，比較向心力Fn與運(yùn)動(dòng)半徑r之間的關(guān)系。 (2)保持兩個(gè)小球質(zhì)量m和運(yùn)動(dòng)半徑r相同，使兩球的角速度ω不同，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，比較向心力Fn與角速度ω之間的關(guān)系。 (3)保持運(yùn)動(dòng)半徑r和角速度ω相同，用質(zhì)量m不同的鋼球和鋁球進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，比較向心力Fn與質(zhì)量m的關(guān)系。 【實(shí)驗(yàn)結(jié)論】 相同的物理量不同的物理量實(shí)驗(yàn)結(jié)論1m、ωrr越大，F(xiàn)n越大，F(xiàn)n∝r2m、rωω越大，F(xiàn)n越大，F(xiàn)n∝ω23r、ωmm越大，F(xiàn)n越大，F(xiàn)n∝m
【例2】(科學(xué)探究命題)用如圖所示的裝置來(lái)探究小球做圓周運(yùn)動(dòng)所需向心力的大小F與小球質(zhì)量m、角速度ω和轉(zhuǎn)動(dòng)半徑r之間的關(guān)系。兩個(gè)變速塔輪通過(guò)皮帶連接，轉(zhuǎn)動(dòng)手柄使長(zhǎng)槽和短槽分別隨變速塔輪勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，槽內(nèi)的小球就做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。橫臂的擋板對(duì)小球的壓力提供向心力，小球?qū)醢宓姆醋饔昧Γㄟ^(guò)橫臂的杠桿作用使彈簧測(cè)力套筒下降，從而露出標(biāo)尺，標(biāo)尺上的黑白相間的等分格顯示出兩個(gè)小球所受向心力的比值。如圖是探究過(guò)程中某次實(shí)驗(yàn)時(shí)裝置的狀態(tài)。 (1)在探究向心力的大小F與小球質(zhì)量m的關(guān)系時(shí)，要保持　A　相同。 A．ω和r B．ω和m C．m和r D．m和F (2)如圖所示，兩個(gè)小球質(zhì)量和轉(zhuǎn)動(dòng)半徑相等，則是在研究向心力的大小F與　C的關(guān)系。 A．小球質(zhì)量m B．轉(zhuǎn)動(dòng)半徑r C．角速度ω D．無(wú)法確定 (3)若圖中標(biāo)尺上黑白相間的等分格顯示出兩個(gè)小球所受向心力的比值為1∶9，與皮帶連接的兩個(gè)變速塔輪的半徑之比為　B　。 A．1∶3 B．3∶1 C．1∶9 D．9∶1
隨堂檢測(cè) 1．(多選)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體，關(guān)于向心力的說(shuō)法正確的是( ABC ) A．向心力總是沿半徑指向圓心，且大小不變 B．向心力是根據(jù)力的作用效果命名的 C．向心力可以是重力、彈力、摩擦力等各種力的合力，也可以是其中某個(gè)力的分力 D．向心力本質(zhì)上是拉力 2.(多選)如圖所示，在勻速轉(zhuǎn)動(dòng)的圓筒內(nèi)壁上，有一物體隨圓筒一起轉(zhuǎn)動(dòng)而未滑動(dòng)。當(dāng)圓筒的角速度增大以后，物體仍然隨圓筒一起勻速轉(zhuǎn)動(dòng)而未滑動(dòng)，則下列說(shuō)法正確的是( AD ) A．彈力增大，提供向心力 B．摩擦力增大，提供向心力 C．物體所受彈力和摩擦力的合力提供向心力 D．物體所受彈力增大，摩擦力不變 3.繩子的一端拴一個(gè)重物，用手握住另一端，使重物在光滑的水平面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，下列說(shuō)法正確的是( B ) A．半徑相同時(shí)，角速度越小繩越易斷 B．周期相同時(shí)，半徑越大繩越易斷 C．線速度相等時(shí)，半徑越大繩越易斷 D．角速度相等時(shí)，線速度越小繩越易斷 4．(2021·山西太原月考)如圖甲所示為用向心力演示器驗(yàn)證向心力公式的實(shí)驗(yàn)示意圖，圖乙為俯視圖。圖中A、B槽分別與a、b輪同軸固定，且a、b輪半徑相同。a、b兩輪在皮帶的傳動(dòng)下勻速轉(zhuǎn)動(dòng)。 (1)兩槽轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度ωA　＝　(選填“>”“＝”或“<”)ωB。 (2)現(xiàn)有兩個(gè)質(zhì)量相同的鋼球，①球放在A槽的邊緣，②球放在B槽的邊緣，它們到各自轉(zhuǎn)軸的距離之比為2∶1。則鋼球①、②的線速度大小之比為2∶1；受到的向心力大小之比為2∶1。
課堂小結(jié)

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