江蘇專版2023-2024學(xué)年新教材高中物理第六章圓周運(yùn)動2向心力第2課時實(shí)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(shí)驗：探究向心力大小的表達(dá)式1科學(xué)探究·實(shí)驗過程全貫通2精準(zhǔn)典題·實(shí)驗考點(diǎn)全剖析3分層作業(yè)01科學(xué)探究·實(shí)驗過程全貫通1.實(shí)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(yùn)動。小球做勻速圓周運(yùn)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(shí)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(yùn)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(yùn)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(shí)驗。3.實(shí)驗記錄與數(shù)據(jù)處理

序號123456

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4.實(shí)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(shí)驗考點(diǎn)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(yùn)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(shí)驗中，人體驗到的繩子的拉力______（選填“是”或“不是”）沙袋做圓周運(yùn)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(yùn)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(shí)驗中，人體驗到的繩子的拉力______（選填“是”或“不是”）沙袋做圓周運(yùn)動的向心力。不是[解析]

沙袋做圓周運(yùn)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(yùn)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(shí)驗的實(shí)驗方法與本實(shí)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(shí)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(shí)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(shí)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(shí)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(shí)驗時裝置的狀態(tài)。

A

C

B

三、實(shí)驗改進(jìn)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(shí)驗裝置。金屬塊放置在轉(zhuǎn)臺凹槽中，電動機(jī)帶動轉(zhuǎn)臺做圓周運(yùn)動，可通過改變電動機(jī)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(shí)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(yùn)動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(shí)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(shí)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(shí)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(jìn)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(yùn)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(yùn)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(yùn)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(yùn)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(yùn)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(yùn)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(shí)驗情景。

⑥用刻度尺測出軌跡的半徑。（1）鋼球做勻速圓周運(yùn)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(yùn)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(jìn)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(yùn)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