《向心力》圆周运动PPT优质课件(第1课时实验：探究向心力大小的表达式)

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1.向心力的定义：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。
2.向心力的作用：只改变速度的方向。 3.效果力：向心力是根据力的作用效果命名的。 [思考判断]
(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。( √ )
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[针对训练2] 如图所示，一个水平大圆盘绕过圆心的竖直轴匀 速转动，一个小孩坐在距圆心为r处的P点不动(P未画出)，关 于小孩的受力，以下说法正确的是( ) A.小孩在P点不动，因此不受摩擦力的作用 B.小孩随圆盘做匀速圆周运动，其重力和支持力的合力充当向心力 C.小孩随圆盘做匀速圆周运动，圆盘对他的摩擦力充当向心力 D.若使圆盘以较小的转速转动，小孩在P点受到的摩擦力不变
解析 向心力是根据力的作用效果命名的，它不改变速度的大小，只改变速度的方 向，选项A错误，B正确；做匀速圆周运动的物体的向心力始终指向圆心，方向不 断变化，是变力，选项C错误；做一般曲线运动的物体所受的合力通常可分解为切 线方向的分力和法线方向的分力，切线方向的分力提供切向加速度，改变速度的大 小，法线方向的分力提供向心加速度，改变速度的方向，选项D错误。 答案 B
向心力的表达式 Fn＝mω2r 或 Fn＝mvr2
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核心要点一 对向心力的理解 [例1] 关于向心力，下列说法中正确的是( )
A.物体由于做圆周运动而产生一个向心力 B.向心力不改变物体做圆周运动的速度大小 C.做匀速圆周运动的物体的向心力是恒力 D.做一般曲线运动的物体所受的合力即为向心力
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[针对训练1] 下列关于匀速圆周运动的物体所受的向心力的说法中，正确的是( ) A.物体除受其他的力外还受到向心力的作用 B.物体所受的合力提供向心力 C.向心力的方向总指向圆心，故方向不变 D.向心力的大小一直在变化 解析 物体做匀速圆周运动需要一个指向圆心的合外力，并不是还要受到一个向心 力作用，故A错误；物体做匀速圆周运动需要向心力，所以物体的合力正好提供向 心力，让物体做匀速圆周运动，故B正确；物体做匀速圆周运动需要向心力，它始 终指向圆心，因此方向不断改变，故C错误；做匀速圆周运动的物体所需的向心力 大小恒定，方向始终指向圆心，故D错误。 答案 B
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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。
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。
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软木塞的受力图如下图所示 拉力的方向指向圆心，那我们可以说软木塞所受拉力就是向心力吗？
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做匀速圆周运动的物体的向心力大小不变，方向不断改变。
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1.实验仪器
知识点二 探究向心力大小的表达式
向心力演示器
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2.实验思路 转动手柄使长槽和短槽分别随变速轮塔匀速转动，槽内的球就做匀速圆周运动。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 簧测力筒下降，从而露出标尺，标尺上的红白相间的等分格显示出两个球所受向心 力的比值。 (1)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半径进行实 验。 (2)在小物体的质量和做圆周运动的半径不变的条件下，改变物体的角速度进行实 验。 (3)换用不同质量的小物体，在角速度和半径不变的条件下，重复上述操作。
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(3)保持ω和r一定：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。
研究向心力与质量之间的关系
序 123456
号
Fn M
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4.数据处理：分别作出Fn－ω2、Fn－r、Fn－m的图像。 5.实验结论
(1)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。 (2)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。 (3)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。
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核心要点二 探究影响向心力大小的因素
[例2] 向心力演示器如图所示。转动手柄1，可使变速塔轮2和3以及长槽4和短槽5 随之匀速转动，槽内的小球就做匀速圆周运动。小球做圆周运动的向心力由横臂 6的挡板对小球的压力提供，球对挡板的反作用力通过横臂的杠杆使弹簧测力套 筒7下降，从而露出标尺8，标尺8上露出的红白相间等分格子的多少可以显示出 两个球所受向心力的大小。皮带分别套在塔轮2和3上的不同圆盘上，可改变两个 塔轮的转速比，以探究物体做圆周运动的向心力大小跟哪些因素有关、具体关系 怎样。现将小球A和B分别放在两边的槽内，小球A和B的质量分别为mA和mB， 做圆周运动的半径分别为rA和rB。皮带套在两塔轮半径相同的两个轮子上，实验 现象显示标尺8上左边露出的等分格子多于右边，则下列说法正确的( )
向心力
第1课时
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实验：探究向心力大小的表达式
物理观念 科学思维
核心素养目标 向心ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ及其特点、表达式。 会测量、分析实验数据，获得实验结论。
科学探究
利用向心力演示器探究向心力大小的表达式。
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[观图助学]
知识点一 向心力
用一根结实的细绳拴住软木塞，细绳水平使软木塞在光滑桌面上做匀速圆周运动， 软木塞受几个力的作用？方向如何？
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解析 由于小孩随圆盘做匀速圆周运动，一定需要向心力，该力一定指向圆心，而 重力和支持力在竖直方向上，它们不能提供向心力，因此小孩会受到静摩擦力的作 用，且提供向心力，选项A、B错误，C正确；由于小孩随圆盘转动半径不变，当圆 盘角速度变小，由F＝mω2r可知，所需向心力变小，在P点受到的静摩擦力变小， 选项D错误。 答案 C
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3.进行实验 (1)保持m和r一定：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。
研究向心力与角速度之间的关系 序 123456 号 Fn ω ω2
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(2)保持ω和m一定：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。
研究向心力与半径之间的关系 序 123456 号 Fn r