江蘇專版2023-2024學(xué)年新教材高中物理第六章圓周運動2向心力第2課時實驗-探究向心力大小的表達(dá)式課件新人教版必修第二冊

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向心力第2課時

實驗：探究向心力大小的表達(dá)式1科學(xué)探究·實驗過程全貫通2精準(zhǔn)典題·實驗考點全剖析3分層作業(yè)01科學(xué)探究·實驗過程全貫通1.實驗原理：向心力演示器如圖所示，勻速轉(zhuǎn)動手柄1，可以使變速塔輪2和3以及長槽4和短槽5隨之勻速轉(zhuǎn)動。皮帶分別套在塔輪2和3上的不同圓盤上，可使兩個槽內(nèi)的小球分別以幾種不同的角速度做勻速圓周運動。小球做勻速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?，通過橫臂的杠桿作用使彈簧測力套筒7下降，從而露出標(biāo)尺8。根據(jù)標(biāo)尺8上露出的紅白相間等分標(biāo)記，可以粗略計算出兩個球所受向心力的比值。2.實驗步驟：勻速轉(zhuǎn)動手柄，可以使塔輪、長槽和短槽勻速轉(zhuǎn)動，槽內(nèi)的小球也就隨之做勻速圓周運動。這時，小球向外擠壓擋板，擋板對小球的反作用力提供了小球做勻速圓周運動的向心力。同時，小球壓擋板的力使擋板另一端壓縮彈簧測力套筒里的彈簧，彈簧的壓縮量可以從標(biāo)尺上讀出，該讀數(shù)顯示了向心力的大小。（1）皮帶套在塔輪2、3半徑相同的圓盤上，小球轉(zhuǎn)動半徑和轉(zhuǎn)動角速度相同時，探究向心力與小球質(zhì)量的關(guān)系。（2）皮帶套在塔輪2、3半徑相同的圓盤上，小球轉(zhuǎn)動角速度和質(zhì)量相同時，探究向心力與轉(zhuǎn)動半徑的關(guān)系。（3）皮帶套在塔輪2、3半徑不同的圓盤上，小球質(zhì)量和轉(zhuǎn)動半徑相同時，探究向心力與角速度的關(guān)系。（4）重復(fù)幾次以上實驗。3.實驗記錄與數(shù)據(jù)處理

序號123456

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4.實驗結(jié)論（1）在半徑和角速度一定的情況下，向心力大小與質(zhì)量成正比。（2）在質(zhì)量和角速度一定的情況下，向心力大小與半徑成正比。（3）在質(zhì)量和半徑一定的情況下，向心力大小與角速度的平方成正比。5.注意事項（1）搖動手柄時應(yīng)力求緩慢加速，注意觀察其中一個標(biāo)尺的格數(shù)，達(dá)到預(yù)定格數(shù)時，即保持轉(zhuǎn)速均勻恒定。（2）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。02精準(zhǔn)典題·實驗考點全剖析一、定性研究影響向心力大小的因素

（1）操作2與操作1中，體驗到繩子拉力較大的是______；（2）操作3與操作1中，體驗到繩子拉力較大的是______；（3）操作4與操作1中，體驗到繩子拉力較大的是______；（4）總結(jié)以上四次體驗性操作，可知物體做勻速圓周運動時，向心力大小與____________有關(guān)。A.半徑

B.質(zhì)量

C.周期

D.線速度的方向（5）實驗中，人體驗到的繩子的拉力______（選填“是”或“不是”）沙袋做圓周運動的向心力。（1）操作2與操作1中，體驗到繩子拉力較大的是_______；操作2

（2）操作3與操作1中，體驗到繩子拉力較大的是_______；操作3

（3）操作4與操作1中，體驗到繩子拉力較大的是_______；操作4

（4）總結(jié)以上四次體驗性操作，可知物體做勻速圓周運動時，向心力大小與______有關(guān)。ABCA.半徑

B.質(zhì)量

C.周期

D.線速度的方向[解析]

由以上四次操作，可知向心力的大小與質(zhì)量、半徑、角速度有關(guān)。故選A、B、C。（5）實驗中，人體驗到的繩子的拉力______（選填“是”或“不是”）沙袋做圓周運動的向心力。不是[解析]

沙袋做圓周運動的向心力由繩子對沙袋的拉力的水平分力提供，且作用在沙袋上，而人體驗到的繩子的拉力作用在人上，不是同一個力。二、定量研究影響向心力大小的因素

槽內(nèi)的小球分別以各自的角速度做勻速圓周運動，其向心力由擋板對小球的壓力提供，球?qū)醢宓姆醋饔昧?，通過杠桿作用使彈簧測力套筒下降，從而露出標(biāo)尺。根據(jù)標(biāo)尺上露出的紅白相間的等分標(biāo)記，可以粗略計算出兩個球所受向心力的比值。（1）下列實驗的實驗方法與本實驗相同的是___。A.驗證力的平行四邊形定則B.驗證牛頓第二定律C.伽利略對自由落體的研究B[解析]

本實驗所用的研究方法是控制變量法，與驗證牛頓第二定律的實驗方法相同，故選B。

角速度的平方

（3）為了能探究向心力大小的各種影響因素，左、右兩側(cè)塔輪______（選填“需要”或“不需要”）設(shè)置半徑相同的輪盤。需要[解析]

因為要研究角速度一定時向心力與質(zhì)量或半徑的關(guān)系，則左、右兩側(cè)塔輪需要設(shè)置半徑相同的輪盤。（4）你認(rèn)為以上實驗中產(chǎn)生誤差的原因有___________________________________________________________________________________（寫出一條即可）。

小球轉(zhuǎn)動半徑引起的誤差（或彈簧測力套筒的讀數(shù)引起的誤差或皮帶打滑引起的誤差等）[解析]

實驗中產(chǎn)生誤差的原因有：小球轉(zhuǎn)動半徑引起的誤差；彈簧測力套筒的讀數(shù)引起的誤差；皮帶打滑引起的誤差等。

D

露出標(biāo)尺。根據(jù)標(biāo)尺上的等分標(biāo)記，可以粗略計算出兩個鋼球所受向心力的比值。如圖是探究過程中某次實驗時裝置的狀態(tài)。

A

C

B

三、實驗改進與創(chuàng)新典題4

[2023江蘇蘇州開學(xué)統(tǒng)測]如圖甲所示為探究向心力與質(zhì)量、半徑、角速度關(guān)系的實驗裝置。金屬塊放置在轉(zhuǎn)臺凹槽中，電動機帶動轉(zhuǎn)臺做圓周運動，可通過改變電動機的電壓來控制轉(zhuǎn)臺的角速度。光電計時器可以采集轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)動時間的信息。已知金屬塊被約束在轉(zhuǎn)臺的徑向凹槽中，只能沿半徑方向移動，且可以忽略其與凹槽之間的摩擦力。

次數(shù)123450.701.351.902.423.102.34.66.68.310.7線性

（3）為了探究向心力與半徑、質(zhì)量的關(guān)系，還需要用到的實驗器材有________、_______?？潭瘸咛炱?/p>

03分層作業(yè)

的線速度大小之比為_____，受到的向心力大小之比為_

____。2.用如圖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)。（1）本實驗采用的科學(xué)方法是________。A.控制變量法

B.累積法

C.微元法

D.放大法（2）圖示情景正在探究的是________。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)系C.向心力的大小與角速度的關(guān)系

D.向心力的大小與物體質(zhì)量的關(guān)系（3）通過本實驗可以得到的結(jié)論是________。A.在質(zhì)量和半徑一定的情況下，向心力的大小與角速度的平方成正比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（1）本實驗采用的科學(xué)方法是___。AA.控制變量法

B.累積法

C.微元法

D.放大法[解析]

在探究向心力的大小與哪些因素有關(guān)時，需控制其他量不變，只改變其中某一量，故采用的控制變量法，故選A。（2）圖示情景正在探究的是___。DA.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)系C.向心力的大小與角速度的關(guān)系D.向心力的大小與物體質(zhì)量的關(guān)系[解析]

由圖示可知，半徑、角速度不變，只改變質(zhì)量，來探究的是向心力的大小與物體質(zhì)量的關(guān)系，故選D。（3）通過本實驗可以得到的結(jié)論是___。CA.在質(zhì)量和半徑一定的情況下，向心力的大小與角速度的平方成正比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

物體質(zhì)量

轉(zhuǎn)動半徑

（3）對任一次斷線過程進行分析?，F(xiàn)象：并不是橫桿一開始轉(zhuǎn)動就斷線，而是加速了一段時間之后線才斷的。表明：在物體質(zhì)量和半徑一定的條件下，圓周運動所需向心力隨____________的增大而增大。轉(zhuǎn)動角速度[解析]

并不是橫桿一開始轉(zhuǎn)動就斷線，而是加速了一段時間之后隨著轉(zhuǎn)動速度的增大線才斷的，表明在物體質(zhì)量和半徑一定的條件下，圓周運動所需向心力隨轉(zhuǎn)動角速度的增大而增大。

（1）為算出小球做勻速圓周運動時所需向心力，下列物理量還應(yīng)該測出的有________。

（3）當(dāng)所測物理量滿足________關(guān)系式時，則做勻速圓周運動的物體所受合力與所需向心力的“供”“需”平衡。（1）為算出小球做勻速圓周運動時所需向心力，下列物理量還應(yīng)該測出的有______。ABD

等于

（3）當(dāng)所測物理量滿足_

__________關(guān)系式時，則做勻速圓周運動的物體所受合力與所需向心力的“供”“需”平衡。

5.[2022江蘇泰興期中]如圖所示為某研學(xué)小組的同學(xué)們用圓錐擺驗證向心力表達(dá)式的實驗情景。

⑥用刻度尺測出軌跡的半徑。（1）鋼球做勻速圓周運動所受的向心力是________（選填選項前的字母）；A.鋼球所受繩子的拉力B.鋼球所受的重力C.鋼球所受拉力和重力的合力

A.&1&

B.&2&

C.&3&

D.&4&

（1）鋼球做勻速圓周運動所受的向心力是___（選填選項前的字母）；CA.鋼球所受繩子的拉力B.鋼球所受的重力C.鋼球所受拉力和重力的合力[解析]

對鋼球進行受力分析，鋼球受到繩子的拉力和重力。鋼球做勻速圓周運動，兩者的合力提供向心力。

BA.&5&

B.&6&

C.&7&

D.&8&

序號123450.1240.1430.1620.1810.2002.04.05.88.010.1

11.50

序號12345