高中物理第二章圆周运动第二节第1课时实验：探究向心力大小与半径、角速、质量的关系学案粤教必修2

PAGEPAGE31课时实验：探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系知识目标问题.

核心素养能力.一、实验目的1．学会使用向心力演示器．二、实验方法：控制变量法三、实验方案1．1图160(3)实验过程：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．(4)结论：半径越大，角速度越大，质量越大，向心力越大．2．用向心力演示器定量探究(1)实验原理如图2可以从标尺上读出，该读数显示了向心力大小．2(2)器材：向心力演示器．(3)实验过程使两个小球的角速度不一样，探究向心力的大小与角速度的关系．②保持两个小球质量不变，增大长槽上小球的转动半径．调整塔轮上的皮带，使两个小球的角速度相同，探究向心力的大小与半径的关系．③换成质量不同的球，分别使两球的转动半径相同．调整塔轮上的皮带，使两个小球的角速度也相同，探究向心力的大小与质量的关系．(4)数据处理r一定序号序号123456F向ω2ω一定序号序号123456F向rrω一定序号序号123456F向m④分别作出F－、F－Fm的图象．向 向 向⑤实验结论a．b．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．c．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．四、注意事项1．2．使用向心力演示器时应注意：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．例例1 如图3所示，同学们分小组探究影响向心力大小的因素．同学们用细绳系一纸(杯中有30mL的水)在空气中甩动，使杯在水平面内做圆周运动，来感受向心力．图3下列说法中正确的．A．保持质量、绳长不变，增大转速，绳对手的拉力将不变B．保持质量、绳长不变，增大转速，绳对手的拉力将增大C．D．保持质量、角速度不变，增大绳长，绳对手的拉力将增大40cm处打一结点cm处打一结点计时，另一位同学操作，其余同学记录实验数据：操作一：手握绳结1周，体会向心力的大小．操作二：手握绳结1操作三：手握绳结230mL1力的大小．①操作二与一相比较：质量、角速度相同，向心力的大小与转动半径大小有关；操作三与一相比较：质量、半径相同，向心力的大小与角速度的大小有关；操作四与一相比较相同，向心力大小有关；②物理学中此种实验方法法．答案(1)BD(2)①角速度、半径质量②控制变量反，背离圆心．解析(1F＝m2，由牛顿第二定律，则有F＝m2；保持质向 T量、绳长不变，增大转速，根据公式可知，绳对手的拉力将增大，故A错误，B正确；保持质量、角速度不变，增大绳长，据公式可知，绳对手的拉力将变大，故C错误，D正确；(2)根据向心力公式Fm2，由牛顿第二定律，则有F＝m2；操作二与一相比较：质向 T向心力的大小与角速度的大小有关；操作四与一相比较：角速度、半径相同，向心力大小与质量有关；物理学中此种实验方法叫控制变量法．该同学受力分析的对象是自己的手，我们实验受力分析的对象是纸杯，细线的拉力提供纸杯做圆周运动的向心力，指向圆心．细线对手的拉力与“向心力”大小相等，方向相反，背离圆心．例2 用如例2 用如图4所示的装置可以探究做匀速圆周运动的物体需要的向心力的大小与哪些因素有关．图4本实验采用的科学方法．C．微元法

D．图示情景正在探究的．A．向心力的大小与半径的关系B．向心力的大小与线速度大小的关C．向心力的大小与角速度大小的关D．向心力的大小与物体质量的关系通过本实验可以得到的结论．A．在质量和半径一定的情况下，向心力的大小与角速度成正比B．在质量和半径一定的情况下，向心力的大小与线速度的大小成正C．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D．在质量和角速度一定的情况下，向心力的大小与半径成反比答案(1)A(2)D(3)C解析(1例3一物理兴趣小组利用学校实验室的数学实验系统探究物体做圆周运动时向心力与角(2)D选项正确；(3)比，所以C例3一物理兴趣小组利用学校实验室的数学实验系统探究物体做圆周运动时向心力与角速度、半径的关系.实验序号12345678F/N2.421.901.430.970.760.500.230.06ω/(rad·s28.825.722.018.015.913.08.54.3－1)m干组向心力F和对应的角速度5甲上绘出的关系图象．图5通过对图象的观察兴趣小组的同学猜测F与2成正比你认为可以通过进一步转换作出 关系图象来确定他们的猜测是否正确．在证实了∝2之后，他们将砝码做圆周运动的半径r再分别调整为0.04、0.12，又得到了两条过对三条图象的比较、分析、讨论，他们得出的结论．你认为他们的依据．通过上述实验，他们得出：做圆周运动的物体受到的向心力F与角速度、半径r的学关系式是k2，其中比例系数k的大小 ，单位 ．答案(1)2作一条平行于纵轴的辅助线，观察和图象的交点中力的数值之比是否为(4)0.038kg解析(1)由题中的数据描点，用平滑曲线连线，如图所示．若兴趣小组的同学猜测F与22－2关系图线是一条过原点的倾斜直线，即可证明猜测是正确的．1∶2∶3，则他们可以得出的结论．、rkkg，即是物体的质量，再由

F、ω的r2数据代入求解出k0.038.161234523别以几种不同的角速度做匀速圆周运动．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8，8图6A．在小球运动半径相等的情况下，用质量相同的钢球做实验B．在小球运