高中物理第二章圓周運(yùn)動(dòng)第二節(jié)第1課時(shí)實(shí)驗(yàn)：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(shí)實(shí)驗(yàn)：探究向心力大小與半徑、角速度、質(zhì)量的關(guān)系知識(shí)目標(biāo)問題.

核心素養(yǎng)能力.一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?．學(xué)會(huì)使用向心力演示器．二、實(shí)驗(yàn)方法：控制變量法三、實(shí)驗(yàn)方案1．1圖160(3)實(shí)驗(yàn)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(yùn)動(dòng)的半徑進(jìn)行實(shí)驗(yàn)．②在小物體的質(zhì)量和做圓周運(yùn)動(dòng)的半徑不變的條件下，改變物體的角速度進(jìn)行實(shí)驗(yàn)．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(shí)驗(yàn)原理如圖2可以從標(biāo)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(shí)驗(yàn)過程使兩個(gè)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(gè)小球質(zhì)量不變，增大長槽上小球的轉(zhuǎn)動(dòng)半徑．調(diào)整塔輪上的皮帶，使兩個(gè)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(dòng)半徑相同．調(diào)整塔輪上的皮帶，使兩個(gè)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(shí)驗(yàn)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(xiàng)1．2．使用向心力演示器時(shí)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(xì)繩系一紙(杯中有30mL的水)在空氣中甩動(dòng)，使杯在水平面內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng)，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(diǎn)cm處打一結(jié)點(diǎn)計(jì)時(shí)，另一位同學(xué)操作，其余同學(xué)記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)：操作一：手握繩結(jié)1周，體會(huì)向心力的大?。僮鞫菏治绽K結(jié)1操作三：手握繩結(jié)230mL1力的大小．①操作二與一相比較：質(zhì)量、角速度相同，向心力的大小與轉(zhuǎn)動(dòng)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(shí)驗(yàn)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(cuò)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(cuò)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)受力分析的對象是紙杯，細(xì)線的拉力提供紙杯做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力，指向圓心．細(xì)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(yùn)動(dòng)的物體需要的向心力的大小與哪些因素有關(guān)．圖4本實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)室的數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)探究物體做圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)向心力與角(2)D選項(xiàng)正確；(3)比，所以C例3一物理興趣小組利用學(xué)校實(shí)驗(yàn)室的數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)探究物體做圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)向心力與角速度、半徑的關(guān)系.實(shí)驗(yàn)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(rèn)為可以通過進(jìn)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(shí)了∝2之后，他們將砝碼做圓周運(yùn)動(dòng)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(rèn)為他們的依據(jù)．通過上述實(shí)驗(yàn)，他們得出：做圓周運(yùn)動(dòng)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(diǎn)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(diǎn)，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(diǎn)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(yùn)動(dòng)．小球做圓周運(yùn)動(dòng)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(biāo)尺8，8圖6A．在小球運(yùn)動(dòng)半徑相等的情況下，用質(zhì)量相同的鋼球做實(shí)驗(yàn)B．在小球運(yùn)