人教版高中物理必修第二冊(cè)第六章2第2課時(shí)實(shí)驗(yàn)：探究向心力大小的表達(dá)式課件

第2課時(shí)實(shí)驗(yàn)：探究向心力大小的表達(dá)式第六章

圓周運(yùn)動(dòng)2．向心力[實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)]

1．探究向心力大小與質(zhì)量、半徑、角速度的關(guān)系。2．學(xué)會(huì)用控制變量法探究物理規(guī)律。必備知識(shí)·自主預(yù)習(xí)儲(chǔ)備探究重構(gòu)·關(guān)鍵能力達(dá)成類型一實(shí)驗(yàn)原理與操作【典例1】用如圖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)。(1)本實(shí)驗(yàn)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)圖示情境正在探究的是________。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大小的關(guān)系D．向心力的大小與物體質(zhì)量的關(guān)系A(chǔ)D(3)通過(guò)本實(shí)驗(yàn)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C[解析]

(1)探究向心力大小與半徑、角速度、質(zhì)量的關(guān)系，要采用控制變量法探究。故正確選項(xiàng)為A。(2)實(shí)驗(yàn)中，兩小球的種類不同，故是保持兩小球的轉(zhuǎn)動(dòng)半徑、轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度相同，探究向心力的大小跟物體質(zhì)量的定量關(guān)系。故正確選項(xiàng)為D。(3)兩小球的轉(zhuǎn)動(dòng)半徑、轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度相同，探究向心力的大小跟物體質(zhì)量成正比。故正確選項(xiàng)為C。類型二數(shù)據(jù)處理和誤差分析【典例2】如圖所示是探究向心力的大小F與質(zhì)量m、角速度ω和半徑r之間的關(guān)系的實(shí)驗(yàn)裝置圖，轉(zhuǎn)動(dòng)手柄1，可使變速塔輪2和3以及長(zhǎng)槽4和短槽5隨之勻速轉(zhuǎn)動(dòng)。皮帶分別套在塔輪2和3上的不同圓盤上，可使兩個(gè)槽內(nèi)的小球6、7分別以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8的擋板對(duì)小球的壓力提供，球?qū)醢宓姆醋饔昧?，通過(guò)橫臂8的杠桿作用使彈簧測(cè)力套筒9下降，從而露出標(biāo)尺10，標(biāo)尺10上露出的紅白相間的等分格顯示出兩個(gè)球所受向心力的比值。那么：(1)現(xiàn)將兩小球分別放在兩邊的槽內(nèi)，為了探究小球受到的向心力大小和角速度的關(guān)系，下列說(shuō)法正確的是________。A．在小球運(yùn)動(dòng)半徑相等的情況下，用質(zhì)量相同的小球做實(shí)驗(yàn)B．在小球運(yùn)動(dòng)半徑相等的情況下，用質(zhì)量不同的小球做實(shí)驗(yàn)C．在小球運(yùn)動(dòng)半徑不等的情況下，用質(zhì)量不同的小球做實(shí)驗(yàn)D．在小球運(yùn)動(dòng)半徑不等的情況下，用質(zhì)量相同的小球做實(shí)驗(yàn)(2)在該實(shí)驗(yàn)中應(yīng)用了______________(選填“理想實(shí)驗(yàn)法”“控制變量法”或“等效替代法”)來(lái)探究向心力的大小與質(zhì)量m、角速度ω和半徑r之間的關(guān)系。A控制變量法(3)當(dāng)用兩個(gè)質(zhì)量相等的小球做實(shí)驗(yàn)，且左邊小球的軌道半徑為右邊小球的2倍時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)發(fā)現(xiàn)右邊標(biāo)尺上露出的紅白相間的等分格數(shù)為左邊的2倍，那么，左邊塔輪與右邊塔輪之間的角速度之比為________，左邊塔輪與右邊塔輪的半徑之比為________。1∶22∶1[解析]

(1)本實(shí)驗(yàn)探究小球受到的向心力大小和角速度、小球運(yùn)動(dòng)半徑和小球質(zhì)量之間的關(guān)系，需采用控制變量法，當(dāng)探究小球受到的向心力大小和角速度的關(guān)系時(shí)，需保持小球運(yùn)動(dòng)半徑和小球質(zhì)量不變，即在小球運(yùn)動(dòng)半徑相等的情況下，用質(zhì)量相同的小球做實(shí)驗(yàn)。故選A。(2)由(1)分析可知，在該實(shí)驗(yàn)中應(yīng)用了控制變量法。

類型三創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)【典例3】某興趣小組用如圖甲所示的裝置與傳感器結(jié)合，探究向心力大小的影響因素。實(shí)驗(yàn)時(shí)用手撥動(dòng)旋臂使其做圓周運(yùn)動(dòng)，力傳感器和光電門固定在實(shí)驗(yàn)器材上，測(cè)量角速度和向心力。(1)電腦通過(guò)光電門測(cè)量擋光桿通過(guò)光電門的時(shí)間，并由擋光桿的寬度d、擋光桿通過(guò)光電門的時(shí)間Δt、擋光桿做圓周運(yùn)動(dòng)的半徑r，自動(dòng)計(jì)算出砝碼做圓周運(yùn)動(dòng)的角速度，則計(jì)算其角速度的表達(dá)式為________。

(2)圖乙中取①②兩條曲線為相同半徑、不同質(zhì)量下向心力與角速度的關(guān)系圖線，由圖可知，曲線①對(duì)應(yīng)的砝碼質(zhì)量________(選填“大于”或“小于”)曲線②對(duì)應(yīng)的砝碼質(zhì)量。小于

應(yīng)用遷移·隨堂評(píng)估自測(cè)1．用如圖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)。243題號(hào)15(1)本實(shí)驗(yàn)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A(2)通過(guò)本實(shí)驗(yàn)可以得到的結(jié)果是________。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243題號(hào)15C(3)如圖所示，在驗(yàn)證向心力公式的實(shí)驗(yàn)中，質(zhì)量相同的鋼球①②分別放在A盤和B盤的邊緣，A、B兩盤的半徑之比為2∶1，a、b分別是與A盤、B盤同軸的輪，a輪、b輪半徑之比為1∶2，當(dāng)a、b兩輪在同一皮帶帶動(dòng)下勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，鋼球①、②受到的向心力之比為________。A．2∶1 B．4∶1

C．1∶4

D．8∶1243題號(hào)15D

243題號(hào)15

243題號(hào)152．一同學(xué)通過(guò)圖甲所示的裝置探究物體做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力與質(zhì)量、軌道半徑及線速度的關(guān)系。滑塊套在光滑水平桿上，隨桿一起繞豎直桿做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，力傳感器通過(guò)一細(xì)繩連接滑塊，用來(lái)測(cè)量向心力的大小F?；瑝K上固定一遮光片，與固定在鐵架臺(tái)上的光電門可測(cè)量滑塊的線速度v。該同學(xué)先保持滑塊質(zhì)量和半徑不變，來(lái)探究向心力大小與線速度大小的關(guān)系。243題號(hào)15(1)該同學(xué)采用的實(shí)驗(yàn)方法主要是________(填正確答案標(biāo)號(hào))。A．理想模型法B．控制變量法C．等效替代法(2)該同學(xué)通過(guò)改變轉(zhuǎn)速測(cè)量多組數(shù)據(jù)，記錄力傳感器示數(shù)F，算出對(duì)應(yīng)的線速度v及v2的數(shù)值，以v2為橫軸，F(xiàn)為縱軸，作出F-v2圖線，如圖乙所示，若滑塊運(yùn)動(dòng)半徑r＝0.2m，由圖線可得滑塊的質(zhì)量m＝________kg(保留兩位有效數(shù)字)。243題號(hào)15B0.13

243題號(hào)153．某同學(xué)利用如圖所示的向心力演示器定量探究勻速圓周運(yùn)動(dòng)所需向心力F與小球質(zhì)量m、轉(zhuǎn)速n和運(yùn)動(dòng)半徑r之間的關(guān)系。

243題號(hào)15(1)為了單獨(dú)探究向心力跟小球質(zhì)量的關(guān)系，必須用________法。(2)轉(zhuǎn)動(dòng)手柄可以使長(zhǎng)槽和短槽分別隨變速塔輪勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，槽內(nèi)的球隨之做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。這時(shí)我們可以看到彈簧測(cè)力筒上露出標(biāo)尺，通過(guò)標(biāo)尺上紅白相間等分格數(shù)，即可求得兩個(gè)球所受的_________________________________?？刂谱兞肯蛐牧Υ笮≈?或向心力之比)(3)該同學(xué)通過(guò)實(shí)驗(yàn)得到如下表所示的數(shù)據(jù)：

243題號(hào)15次數(shù)球的質(zhì)量m/g轉(zhuǎn)動(dòng)半徑r/cm轉(zhuǎn)速/每秒幾圈n/(r·s-1)向心力大小F/紅格數(shù)114.015.0012228.015.0014314.015.0028414.030.0014根據(jù)以上數(shù)據(jù)，可歸納概括出向心力F跟小球質(zhì)量m之間的關(guān)系是：______________________________(文字表述)。向心力F跟小球質(zhì)量m成正比[解析]

(1)為了單獨(dú)探究向心力跟小球質(zhì)量的關(guān)系，需要使轉(zhuǎn)速、小球轉(zhuǎn)動(dòng)的半徑不變，即使用控制變量法。(2)彈簧測(cè)力筒上標(biāo)尺上紅白相間等分格數(shù)可以表示向心力的大小，所以通過(guò)標(biāo)尺上紅白相間等分格數(shù)，即可求得兩個(gè)球向心力的比值。(3)通過(guò)1、2兩次實(shí)驗(yàn)可知r、n相同時(shí)，向心力F的大小跟小球的質(zhì)量m成正比。

243題號(hào)154．如圖甲是一個(gè)研究向心力大小與哪些因素有關(guān)的DIS實(shí)驗(yàn)裝置的示意圖，其中沿圖中虛線做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的圓柱體的質(zhì)量為m，放置在未畫出的水平圓盤上，圓周軌道的半徑為r，力電傳感器測(cè)定的是向心力，光電傳感器測(cè)定的是圓柱體的線速度大小，圖乙的三個(gè)圖像是保持圓柱體質(zhì)量和圓周運(yùn)動(dòng)的半徑均不變的條件下，根據(jù)實(shí)驗(yàn)記錄表格數(shù)據(jù)得到的F-v圖像、F-v2圖像、F-v3圖像。243題號(hào)15v/(m·s-1)1.01.52.02.53.0F/N0.882.00F35.507.90243題號(hào)15

243題號(hào)15向心力F與線速度的平方v2成正比3.520.10m

243題號(hào)155．如圖所示是“DIS向心力實(shí)驗(yàn)器”，當(dāng)一定質(zhì)量的砝碼隨旋轉(zhuǎn)臂一起在水平面內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，所需的向心力可通過(guò)牽引桿由力傳感器測(cè)得；旋轉(zhuǎn)臂另一端的擋光桿每經(jīng)過(guò)光電門一次，通過(guò)力傳感器和光電門就同時(shí)獲得一組向心力F和擋光時(shí)間Δt的數(shù)據(jù)。243題號(hào)15(1)本實(shí)驗(yàn)應(yīng)該采用的實(shí)