202X學年高中物理第二章圓周運動第二節(jié)第1課時向心力課件粵教版必修2

1、第1課時實驗：探究向心力大小與半徑、角速度、質(zhì)量的關系第二章第二節(jié)向心力知識目標核心素養(yǎng)1.理解向心力和向心加速度的概念.2.知道向心力的大小與哪些因素有關，并能用來進行計算.3.知道向心加速度和線速度、角速度的關系，能夠用向心加速度公式求解有關問題.1.體驗向心力的存在，會設計相關探究實驗，體會控制變量法在研究多個物理量關系中的應用.2.培養(yǎng)學生科學思維能力、科學探究和分析問題的能力.3.會用圓周運動的知識解決生活中的問題.內(nèi)容索引達標檢測檢測評價 達標過關技能儲藏明確原理 提煉方法題型演練學以致用 實訓演練技能儲藏1.定性感知向心力的大小與什么因素有關.2.學會使用向心力演示器.3.探究向

2、心力與質(zhì)量、角速度、半徑的定量關系.一、實驗目的一、實驗目的二、實驗方法：控制變量法二、實驗方法：控制變量法三、實驗方案三、實驗方案1.用細繩和物體定性感知向心力的大小用細繩和物體定性感知向心力的大小.(1)實驗原理：如圖1所示，細線穿在圓珠筆的桿中，一端拴住小物體，另一端用一只手牽住，另一只手抓住圓珠筆桿并用力轉(zhuǎn)動，使小物體做圓周運動，可近似地認為作用在小物體上的 ，提供了圓周運動所需的向心力，而細線的拉力可用牽住細線的手的感覺來判斷.圖1細線的拉力(2)器材：質(zhì)量不同的小物體假設干，空心圓珠筆桿，細線(長約60 cm).(3)實驗過程：在小物體的 和 不變的條件下，改變小物體做圓周運動的半

3、徑進展實驗.在小物體的 和做 不變的條件下，改變物體的角速度進展實驗.換用不同質(zhì)量的小物體，在 和 不變的條件下，重復上述操作.(4)結(jié)論：半徑越 ，角速度越 ，質(zhì)量越 ，向心力越大.質(zhì)量角速度質(zhì)量圓周運動的半徑角速度半徑大大大2.用向心力演示器定量探究用向心力演示器定量探究(1)實驗原理如圖2所示，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尺上讀出，該讀數(shù)顯示了向心力大小.圖2(2)器材：向心力演示器

4、.(3)實驗過程把兩個 一樣的小球放在長槽和短槽上，使它們的轉(zhuǎn)動 一樣.調(diào)整塔輪上的皮帶，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系.保持兩個小球 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 一樣，探究向心力的大小與半徑的關系.換成質(zhì)量不同的球，分別使兩球的轉(zhuǎn)動 一樣.調(diào)整塔輪上的皮帶，使兩個小球的 也一樣，探究向心力的大小與質(zhì)量的關系.重復幾次以上實驗.質(zhì)量半徑質(zhì)量角速度半徑角速度(4)數(shù)據(jù)處理m、r一定m、一定r、一定分別作出F向2、F向r、F向m的圖象.實驗結(jié)論a.在質(zhì)量和半徑一定的情況下，向心力的大小與 成正比.b.在質(zhì)量和角速度一定的情況下，向心力的

5、大小與 成正比.c.在半徑和角速度一定的情況下，向心力的大小與 成正比.角速度的平方半徑質(zhì)量四、本卷須知四、本卷須知1.定性感知實驗中，小物體受到的重力與拉力相比可忽略.2.使用向心力演示器時應注意：(1)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.(2)搖動手柄時應力求緩慢加速，注意觀察其中一個測力計的格數(shù).到達預定格數(shù)時，即保持轉(zhuǎn)速均勻恒定.題型演練圖1例例1如圖如圖3所示，同學們分小組探究影響向心力大小的因素所示，同學們分小組探究影響向心力大小的因素.同學們用細繩系一紙杯同學們用細繩系一紙杯(杯中有杯中有30 mL的水的水)在空氣中甩動，使在空氣中甩動，使杯在水平面內(nèi)做圓周運動

6、，來感受向心力杯在水平面內(nèi)做圓周運動，來感受向心力.(1)以下說法中正確的選項是以下說法中正確的選項是_.A.保持質(zhì)量、繩長不變，增大轉(zhuǎn)速，繩對手的拉力將不變保持質(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保持質(zhì)量、繩長不變，增大轉(zhuǎn)速，繩對手的拉力將增大C.保持質(zhì)量、角速度不變，增大繩長，繩對手的拉力將不變保持質(zhì)量、角速度不變，增大繩長，繩對手的拉力將不變D.保持質(zhì)量、角速度不變，增大繩長，繩對手的拉力將增大保持質(zhì)量、角速度不變，增大繩長，繩對手的拉力將增大一、影響向心力大小因素的定性分析答案BD解析解析由題意，根據(jù)向心力公式，解析由題意，根

7、據(jù)向心力公式，F(xiàn)向向m2r，由牛頓第二定律，那么，由牛頓第二定律，那么有有FTm2r；保持質(zhì)量、繩長不變，增大轉(zhuǎn)速，根據(jù)公式可知，繩對；保持質(zhì)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，故手的拉力將增大，故A錯誤，錯誤，B正確；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，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，故故C錯誤，錯誤，D正確；正確；(2)如圖甲，繩離杯心40 cm處打一結(jié)點A,80 cm處打一結(jié)點B，學習小組中一位同學用手表計時，另一位同學操作，其余同學記錄實驗數(shù)據(jù)：操作一：手握繩結(jié)A，使杯在水平方向每秒運動1周，體會向

8、心力的大小.操作二：手握繩結(jié)B，使杯在水平方向每秒運動1周，體會向心力的大小.操作三：手握繩結(jié)A，使杯在水平方向每秒運動2周，體會向心力的大小.操作四：手握繩結(jié)A，再向杯中添加30 mL的水，使杯在水平方向每秒運動1周，體會向心力的大小.操作二與一相比較：質(zhì)量、角速度一樣，向心力的大小與轉(zhuǎn)動半徑大小有關；操作三與一相比較：質(zhì)量、半徑一樣，向心力的大小與角速度的大小有關；操作四與一相比較：_一樣，向心力大小與_有關；物理學中此種實驗方法叫_法.小組總結(jié)階段，在空中甩動，使杯在水平面內(nèi)做圓周運動的同學談感受時說：“感覺手腕發(fā)酸，感覺力的方向不是指向圓心的向心力而是背離圓心的離心力，跟書上說的不一樣

9、.你認為該同學的說法是否正確，為什么？答案角速度、半徑質(zhì)量控制變量答案答案說法不對，該同學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.解析解析根據(jù)向心力公式解析根據(jù)向心力公式F向向m2r，由牛頓第二定律，那么有，由牛頓第二定律，那么有FTm2r；操作二與一相比較：質(zhì)量、角速度一樣，向心力的大小與轉(zhuǎn)動半徑大小操作二與一相比較：質(zhì)量、角速度一樣，向心力的大小與轉(zhuǎn)動半徑大小有關；操作三與一相比較：質(zhì)量、半徑一樣，向心力的大小與角速度的有關；操作三與一相比較：質(zhì)量、半徑一樣，向心力的大小與角

10、速度的大小有關；操作四與一相比較：角速度、半徑一樣，向心力大小與質(zhì)量大小有關；操作四與一相比較：角速度、半徑一樣，向心力大小與質(zhì)量有關；物理學中此種實驗方法叫控制變量法有關；物理學中此種實驗方法叫控制變量法.該同學受力分析的對象是自該同學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，指向圓心運動的向心力，指向圓心.細線對手的拉力與細線對手的拉力與“向心力大小相等，方向向心力大小相等，方向相反，背離圓心相反，背離圓心.例例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

11、與哪些因素有關.(1)本實驗采用的科學方法是_.A.控制變量法 B.累積法C.微元法 D.放大法答案二、影響向心力大小因素的定量研究圖2解析解析在這兩個裝置中，控制半徑、角速度不變，只改變質(zhì)量，來探究向心力與質(zhì)量之間的關系，故采用控制變量法，A正確；A解析(2)圖示情景正在探究的是_.A.向心力的大小與半徑的關系B.向心力的大小與線速度大小的關系C.向心力的大小與角速度大小的關系D.向心力的大小與物體質(zhì)量的關系答案解析解析控制半徑、角速度不變，只改變質(zhì)量，來探究向心力與質(zhì)量之間的關系，所以D選項正確；D解析(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成

12、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答案解析解析通過控制變量法，得到的結(jié)論為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，所以C選項正確.C解析例例3一物理興趣小組利用學校實驗室的數(shù)學實驗系統(tǒng)探究物體做圓周運動時向心力與角速度、半徑的關系.答案(1)首先，他們讓一砝碼做半徑r0.08 m的圓周運動，數(shù)學實驗系統(tǒng)通過測量和計算得到假設干組向心力F和對應的角速度，如表，請你根據(jù)表中的數(shù)據(jù)在圖5甲上繪出F的關系圖象.圖5解析答案答案解析由題中的數(shù)據(jù)描點

13、，用平滑曲線連線，如下圖解析由題中的數(shù)據(jù)描點，用平滑曲線連線，如下圖.(2)通過對圖象的觀察，興趣小組的同學猜測F與2成正比，你認為，可以通過進一步轉(zhuǎn)換，作出_關系圖象來確定他們的猜測是否正確.答案解析F2解析假設興趣小組的同學猜測解析假設興趣小組的同學猜測F與與2成正比，那么可畫出成正比，那么可畫出F2關系關系圖象來確定，假設圖象來確定，假設F2關系圖線是一條過原點的傾斜直線，即可證明關系圖線是一條過原點的傾斜直線，即可證明猜測是正確的猜測是正確的.(3)在證實了F2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 m、0.12 m，又得到了兩條F圖象，他們將三次實驗得到的圖象放在一個

14、坐標系中，如圖乙所示，通過對三條圖象的比較、分析、討論，他們得出Fr的結(jié)論.你認為他們的依據(jù)是_.答案解析作一條平行于縱軸的輔助線，觀察和圖象的交點中解析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)值之比解析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)值之比是否為是否為1 2 3，假設與圖象的交點中力的數(shù)值之比滿足，假設與圖象的交點中力的數(shù)值之比滿足1 2 3，那么，那么他們可以得出他們可以得出Fr的結(jié)論的結(jié)論.力的數(shù)值之比是否為123(4)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的數(shù)學關系式是Fk2r，其中比例系數(shù)k的大小為_，單位是_.答案解析0.

15、038解析解析由F、r的單位可得出k的單位為kg，即是物體的質(zhì)量，再由k ，將F、的數(shù)據(jù)代入求解出k的平均值為0.038.kg達標檢測1231.(向心力演示器向心力演示器)向心力演示器如圖6所示，轉(zhuǎn)動手柄1，可使變速塔輪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，標尺8上露出的等分格子的多少可以顯示出兩個球所受向心力的大小.4圖65123(1)現(xiàn)將小球分別放在兩邊的槽內(nèi)，為探究小球受到

16、的向心力大小與角速度大小的關系，以下做法正確的選項是答案解析4A.在小球運動半徑相等的情況下，用質(zhì)量一樣的鋼球做實驗B.在小球運動半徑相等的情況下，用質(zhì)量不同的鋼球做實驗C.在小球運動半徑不等的情況下，用質(zhì)量不同的鋼球做實驗D.在小球運動半徑不等的情況下，用質(zhì)量一樣的鋼球做實驗解析解析要探究小球受到的向心力大小與角速度的關系，需控制小球的質(zhì)量和半徑不變，所以A正確，B、C、D錯誤.5123(2)在該實驗中應用了_(選填“理想實驗法“控制變量法或“等效替代法)來探究向心力的大小與質(zhì)量m、角速度和半徑r之間的關系.答案解析4解析解析由前面分析可以知道該實驗采用的是控制變量法.控制變量法52.(影響

17、向心力大小因素的定量研究)如圖7所示，在驗證向心力公式的實驗中，質(zhì)量一樣的鋼球分別放在轉(zhuǎn)盤A、B上，它們到所在轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)軸的距離之比為2 1.a、b分別是與A盤、B盤同軸的輪.a、b的輪半徑之比為1 2，用皮帶連接a、b兩輪轉(zhuǎn)動時，鋼球所受的向心力之比為A.8 1 B.4 1C.2 1 D.1 2答案解析1234圖75123453.(影響向心力大小因素的定性分析)兩個同學做體驗性實驗來粗略地驗證向心力公式Fm 和Fm2r.他們的做法如下：如圖8甲，繩子的一端拴一個小沙袋(或其他小物體)，繩上離小沙袋重心40 cm的地方打一個繩結(jié)A,80 cm的地方打另一個繩結(jié)B.同學甲看手表計時，同學乙按以下步驟

18、操作：1234圖8操作一：手握繩結(jié)A，如圖乙，使沙袋在水平方向上做勻速圓周運動，每秒運動1周，體會此時繩子拉力的大小.5操作二：手仍然握繩結(jié)A，但使沙袋在水平方向上每秒運動2周，體會此時繩子拉力的大小.操作三：改為手握繩結(jié)B，使沙袋在水平方向上每秒運動1周，體會此時繩子拉力的大小.根據(jù)以上操作步驟填空：操作一與操作三_(填“線速度或“角速度)一樣，同學乙感到_(填“操作一或“操作三)繩子拉力比較大；操作二與操作三_(填“線速度或“角速度)一樣，同學乙感到_(填“操作二或“操作三)繩子拉力比較大.答案1234解析角速度操作二操作三線速度5解析操作一和操作三，都是每秒轉(zhuǎn)動一圈，那么角速度相等，根據(jù)

19、解析操作一和操作三，都是每秒轉(zhuǎn)動一圈，那么角速度相等，根據(jù)Fm2r知，半徑大時所需的向心力大，那么拉力大，知操作三感到向知，半徑大時所需的向心力大，那么拉力大，知操作三感到向心力較大；操作三和操作二比較，操作三心力較大；操作三和操作二比較，操作三1 s內(nèi)轉(zhuǎn)過的弧長為內(nèi)轉(zhuǎn)過的弧長為2r，操作，操作二二1 s內(nèi)轉(zhuǎn)過的弧長為內(nèi)轉(zhuǎn)過的弧長為22 2r，知線速度一樣，根據(jù)，知線速度一樣，根據(jù)F 知，半知，半徑小時向心力大，那么操作二感到向心力較大徑小時向心力大，那么操作二感到向心力較大.123454.(影響向心力大小因素的定量研究影響向心力大小因素的定量研究)某興趣小組用如圖9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.實驗時用手撥動旋臂使其做圓周運動，力傳感器和光電門固定在實驗器上，測量角速度和向心力.1234圖95(1)電腦通過光電門測量擋光桿通過光電門的時間，并由擋光桿的寬度d、擋光桿通過光電門的時間t、擋光桿做圓周運動的半徑r，自動計算出砝碼做圓周運動的角速度，那么其計算角速度的表達式為_.答案解析12345(2)圖乙中取兩條曲線為一樣半徑、不同質(zhì)量下向心力與角速度的關系圖線，由圖可知：曲線對應的砝碼質(zhì)量_(選填“大于或“小于)曲線對應的砝碼質(zhì)量.1234小于解析圖中拋物線說明：向心力解析圖中拋