高中物理人教版 (2019)必修 第二册2 向心力导学案

这是一份高中物理人教版 (2019)必修 第二册2 向心力导学案，共27页。学案主要包含了思考辨析等内容，欢迎下载使用。

知识结构导图
核心素养目标
物理观念：向心力的概念．
科学思维：应用牛顿第二定律推导向心力公式，会计算简单情境中的向心力．
科学探究：(1)探究向心力大小的表达式．
(2)圆周运动中合外力与向心力的区别及其作用效果．
科学态度与责任：圆周运动中向心力作用效果在实际问题中的应用．
知识点一 向心力
阅读教材第27～28页“向心力”部分．
1．定义：做匀速圆周运动的物体所受的合力总指向圆心．这个指向圆心的力就叫作向心力(centripetal frce)．
2．方向：始终是沿着________指向________．
3．来源：(1)向心力是根据力的作用________命名的．
(2)向心力是某个力或者几个力的________提供的．
例如，在教材27页“问题”所说的空中飞椅项目中，飞椅与人一起做圆周运动的向心力Fn则是由绳子斜向上方的拉力F和所受重力G的合力提供的．
点睛：向心力可以由重力、弹力、摩擦力等某个力提供，也可以由它们的合力或某个力的分力提供．
控制变量法
影响向心力大小的因素比较多，应采用控制变量法进行研究．在让某个因素(如半径)变化的同时，控制其他因素(如质量和角速度)不变，便于找出这个因素影响向心力大小变化的规律．然后依次分别研究其他的影响因素．
知识点二 向心力的大小
阅读教材第28～29页“向心力的大小”部分．
1．实验：探究向心力大小的表达式
(1)实验原理：
匀速转动手柄使长槽和短槽分别随变速塔轮匀速转动，槽内的球也随着做匀速圆周运动．横臂的挡板对球的压力提供了向心力，球对挡板的反作用力通过横臂的杠杆作用使弹簧测力套筒下降，从而露出标尺，根据标尺上露出的红白相间等分标记，可以粗略计算出两个球所受向心力的比值．
(2)探究过程
①向心力大小与哪些因素有关的定性感知
a．在小物体的质量和角速度不变的条件下，改变小物体做圆周运动的________进行实验．
b．在小物体的质量和做圆周运动的半径不变的条件下，改变物体的________进行实验．
c．换用不同质量的小物体，在________和半径不变的条件下，重复上述操作．
②向心力与质量、角速度、半径关系的定量分析
注意事项
(1)定性感知实验中，轻小物体受到的重力与拉力相比可忽略．
(2)使用向心力演示仪时应注意：
①将横臂紧固螺钉旋紧，以防小球和其他部件飞出而造成事故．
②摇动手柄时应力求缓慢加速，注意观察其中一个测力计的格数．达到预定格数时，即保持转速均匀恒定．









a．保持ω和r相同，研究小球做圆周运动所需向心力F与质量m之间的关系(如图所示)，记录实验数据．
b.保持m和r相同，研究小球做圆周运动所需向心力F与角速度ω之间的关系(如图所示)，记录实验数据．
c.保持ω和m相同，研究小球做圆周运动所需向心力F与半径r之间的关系(如图所示)，记录实验数据．
③分别作出F向­ m、F向­ ω2、F向­ r的图像．
④实验结论
a．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．
b．在质量和半径一定的情况下，向心力的大小与角速度的平方成正比．
c．在质量和角速度一定的情况下，向心力的大小与半径成正比．
2．表达式
(1)Fn＝________
(2)Fn＝________
知识点三 变速圆周运动和一般曲线运动的受力特点
阅读教材第29～30页“变速圆周运动和一般曲线运动的受力特点”部分．
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________加速度，此加速度描述线速度________变化的快慢．
(2)指向圆心的分力Fn：产生__________加速度，此加速度描述速度________改变的快慢．
2．一般的曲线运动的处理方法
(1)定义：运动轨迹既不是________也不是________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，每一小段可看作一小段________，研究质点在这一小段的运动时，可以采用圆周运动的处理方法进行处理．
生活链接：
【思考辨析】 判断正误，正确的画“√”，错误的画“×”．
(1)物体做圆周运动的速度越大，向心力一定越大．( )
(2)做匀速圆周运动的物体所受合力不变．( )
(3)随水平圆盘一起匀速转动的物体受重力、支持力和向心力作用．( )
(4)可以用公式a＝eq \f(v2,r)求变速圆周运动中的向心加速度．( )
(5)向心力的作用只改变线速度的方向，不改变线速度的大小．( )
(6)因为物体做圆周运动才产生了向心力，而不是因为有了向心力才使物体做圆周运动．( )
(7)细线一端拴一重物，手执另一端，使重物在光滑水平面上做圆周运动，重物所受合力一定指向圆心．( )
(8)某质点做匀速圆周运动，因为角速度恒定不变，所以该质点做的是角速度不变的周期运动．( )
要点一 探究向心力的大小
【例1】 用如图所示的装置来探究钢球做圆周运动所需向心力的大小F与质量m、角速度ω和半径r之间的关系．探究过程中某次实验时装置的状态如图所示．
(1)在研究向心力的大小F与质量m关系时，要保持________相同．

A．m和r B．ω和m C．ω和r D．m和F
(2)若两个钢球质量和转动半径相等，则是在研究向心力的大小F与________的关系．
A．质量m B．角速度ω C．半径r
(3)若两个钢球质量和转动半径相等，且标尺上红白相间的等分格显示出两个钢球所受向心力的比值为1:9，则与皮带连接的两个变速塔轮的半径之比为________．
A．1:3 B．9:1 C．1:9 D．3:1
练1 如图所示，图甲为“向心力演示器验证向心力公式”的实验示意图，图乙为俯视图．图中A、B槽分别与a、b轮同轴固定，且a、b轮半径相同．a、b两轮在皮带的传动下匀速转动．
(1)两槽转动的角速度ωA________ωB(选填“>”“＝”或“