高中物理第二章圓周運動第二節(jié)第1課時實驗：探究向心力大小與半徑、角速、質(zhì)量的關(guān)系學(xué)案粵教必修2

PAGEPAGE31課時實驗：探究向心力大小與半徑、角速度、質(zhì)量的關(guān)系知識目標問題.

核心素養(yǎng)能力.一、實驗?zāi)康?．學(xué)會使用向心力演示器．二、實驗方法：控制變量法三、實驗方案1．1圖160(3)實驗過程：①在小物體的質(zhì)量和角速度不變的條件下，改變小物體做圓周運動的半徑進行實驗．②在小物體的質(zhì)量和做圓周運動的半徑不變的條件下，改變物體的角速度進行實驗．③換用不同質(zhì)量的小物體，在角速度和半徑不變的條件下，重復(fù)上述操作．(4)結(jié)論：半徑越大，角速度越大，質(zhì)量越大，向心力越大．2．用向心力演示器定量探究(1)實驗原理如圖2可以從標尺上讀出，該讀數(shù)顯示了向心力大?。?(2)器材：向心力演示器．(3)實驗過程使兩個小球的角速度不一樣，探究向心力的大小與角速度的關(guān)系．②保持兩個小球質(zhì)量不變，增大長槽上小球的轉(zhuǎn)動半徑．調(diào)整塔輪上的皮帶，使兩個小球的角速度相同，探究向心力的大小與半徑的關(guān)系．③換成質(zhì)量不同的球，分別使兩球的轉(zhuǎn)動半徑相同．調(diào)整塔輪上的皮帶，使兩個小球的角速度也相同，探究向心力的大小與質(zhì)量的關(guān)系．(4)數(shù)據(jù)處理r一定序號序號123456F向ω2ω一定序號序號123456F向rrω一定序號序號123456F向m④分別作出F－、F－Fm的圖象．向 向 向⑤實驗結(jié)論a．b．在質(zhì)量和角速度一定的情況下，向心力的大小與半徑成正比．c．在半徑和角速度一定的情況下，向心力的大小與質(zhì)量成正比．四、注意事項1．2．使用向心力演示器時應(yīng)注意：將橫臂緊固螺釘旋緊，以防小球和其他部件飛出而造成事故．例例1 如圖3所示，同學(xué)們分小組探究影響向心力大小的因素．同學(xué)們用細繩系一紙(杯中有30mL的水)在空氣中甩動，使杯在水平面內(nèi)做圓周運動，來感受向心力．圖3下列說法中正確的．A．保持質(zhì)量、繩長不變，增大轉(zhuǎn)速，繩對手的拉力將不變B．保持質(zhì)量、繩長不變，增大轉(zhuǎn)速，繩對手的拉力將增大C．D．保持質(zhì)量、角速度不變，增大繩長，繩對手的拉力將增大40cm處打一結(jié)點cm處打一結(jié)點計時，另一位同學(xué)操作，其余同學(xué)記錄實驗數(shù)據(jù)：操作一：手握繩結(jié)1周，體會向心力的大小．操作二：手握繩結(jié)1操作三：手握繩結(jié)230mL1力的大?。俨僮鞫c一相比較：質(zhì)量、角速度相同，向心力的大小與轉(zhuǎn)動半徑大小有關(guān)；操作三與一相比較：質(zhì)量、半徑相同，向心力的大小與角速度的大小有關(guān)；操作四與一相比較相同，向心力大小有關(guān)；②物理學(xué)中此種實驗方法法．答案(1)BD(2)①角速度、半徑質(zhì)量②控制變量反，背離圓心．解析(1F＝m2，由牛頓第二定律，則有F＝m2；保持質(zhì)向 T量、繩長不變，增大轉(zhuǎn)速，根據(jù)公式可知，繩對手的拉力將增大，故A錯誤，B正確；保持質(zhì)量、角速度不變，增大繩長，據(jù)公式可知，繩對手的拉力將變大，故C錯誤，D正確；(2)根據(jù)向心力公式Fm2，由牛頓第二定律，則有F＝m2；操作二與一相比較：質(zhì)向 T向心力的大小與角速度的大小有關(guān)；操作四與一相比較：角速度、半徑相同，向心力大小與質(zhì)量有關(guān)；物理學(xué)中此種實驗方法叫控制變量法．該同學(xué)受力分析的對象是自己的手，我們實驗受力分析的對象是紙杯，細線的拉力提供紙杯做圓周運動的向心力，指向圓心．細線對手的拉力與“向心力”大小相等，方向相反，背離圓心．例2 用如例2 用如圖4所示的裝置可以探究做勻速圓周運動的物體需要的向心力的大小與哪些因素有關(guān)．圖4本實驗采用的科學(xué)方法．C．微元法

D．圖示情景正在探究的．A．向心力的大小與半徑的關(guān)系B．向心力的大小與線速度大小的關(guān)C．向心力的大小與角速度大小的關(guān)D．向心力的大小與物體質(zhì)量的關(guān)系通過本實驗可以得到的結(jié)論．A．在質(zhì)量和半徑一定的情況下，向心力的大小與角速度成正比B．在質(zhì)量和半徑一定的情況下，向心力的大小與線速度的大小成正C．在半徑和角速度一定的情況下，向心力的大小與質(zhì)量成正比D．在質(zhì)量和角速度一定的情況下，向心力的大小與半徑成反比答案(1)A(2)D(3)C解析(1例3一物理興趣小組利用學(xué)校實驗室的數(shù)學(xué)實驗系統(tǒng)探究物體做圓周運動時向心力與角(2)D選項正確；(3)比，所以C例3一物理興趣小組利用學(xué)校實驗室的數(shù)學(xué)實驗系統(tǒng)探究物體做圓周運動時向心力與角速度、半徑的關(guān)系.實驗序號12345678F/N2.421.901.430.970.760.500.230.06ω/(rad·s28.825.722.018.015.913.08.54.3－1)m干組向心力F和對應(yīng)的角速度5甲上繪出的關(guān)系圖象．圖5通過對圖象的觀察興趣小組的同學(xué)猜測F與2成正比你認為可以通過進一步轉(zhuǎn)換作出 關(guān)系圖象來確定他們的猜測是否正確．在證實了∝2之后，他們將砝碼做圓周運動的半徑r再分別調(diào)整為0.04、0.12，又得到了兩條過對三條圖象的比較、分析、討論，他們得出的結(jié)論．你認為他們的依據(jù)．通過上述實驗，他們得出：做圓周運動的物體受到的向心力F與角速度、半徑r的學(xué)關(guān)系式是k2，其中比例系數(shù)k的大小 ，單位 ．答案(1)2作一條平行于縱軸的輔助線，觀察和圖象的交點中力的數(shù)值之比是否為(4)0.038kg解析(1)由題中的數(shù)據(jù)描點，用平滑曲線連線，如圖所示．若興趣小組的同學(xué)猜測F與22－2關(guān)系圖線是一條過原點的傾斜直線，即可證明猜測是正確的．1∶2∶3，則他們可以得出的結(jié)論．、rkkg，即是物體的質(zhì)量，再由

F、ω的r2數(shù)據(jù)代入求解出k0.038.161234523別以幾種不同的角速度做勻速圓周運動．小球做圓周運動的向心力由橫臂6的擋板對小球的壓力提供，球?qū)醢宓姆醋饔昧νㄟ^橫臂的杠桿使彈簧測力套筒7下降，從而露出標尺8，8圖6A．在小球運動半徑相等的情況下，用質(zhì)量相同的鋼球做實驗B．在小球運