高一物理必修2优质课公开课2.2.2.pptx

第2课时探究向心力F的大小与质量m、

角速度ω和半径r之间的关系;必备知识·自主学习;必备知识·自主学习;一、实验目的

探究向心力与物体的质量、角速度、半径之间的定量关系．

?

[注意事项]

(1)实验前应将横臂紧固，螺钉旋紧，以防小球和其他部件飞出造成事故．

(2)实验时，不宜使标尺露出格数太多，以免由于球沿滑槽外移引起过大的误差．

(3)皮带跟轮塔之间要拉紧．;二、设计实验，进行验证

1．实验仪器;

2．实验设计

采用控制变量法探究

(1)控制小球质量和半径不变，探究向心力大小与转动角速度的定量关系．

(2)控制小球质量和角速度不变，探究向心力大小与转动半径的定量关系．

(3)控制小球半径和角速度不变，探究向心力大小与小球质量的定量关系．;

3．实验步骤

匀速转动手柄，可以使轮塔、长槽和短槽匀速转动，槽内的小球也就随之做匀速圆周运动．这时，小球向外挤压挡板，挡板对小球的反作用力提供了小球做匀速圆周运动的向心力．同时，小球压挡板的力使挡板另一端压缩弹簧测力筒里的弹簧，弹簧的压缩量可以从标尺上读出，该读数显示了向心力大小．;

(1)把两个质量相同的小球放在长槽和短槽上，使它们的转动半径相同．调整轮塔上的皮带，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．调整轮塔上的皮带，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)换成质量不同的小球，分别使两小球的转动半径相同．调整轮塔上的皮带，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)重复几次以上实验．;4．数据处理

(1)m、r一定

(2)m、ω一定

;(3)r、ω一定

(4)分别作出F向--ω2、F向--r、F向--m的图像．

(5)实验结论：

①在质量和半径一定的情况下，向心力的大小与角速度的平方成正比．

②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．

③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．

;关键能力·合作探究;探究点一教材原型实验

典例示范

例1用如图所示的装置可以“探究做匀速圆周运动的物体向心力的大小与哪些因素有关”．;(1)本实验采用的科学研究方法是________(填字母代号)．

A．控制变量法B．累积法C．微元法

(2)把两个质量相同的小球分别放在长槽和短槽内，使它们的转动半径相同，将轮塔上的皮带分别置于第一层、第二层和第三层，匀速转动手柄，可以探究________(填字母代号)．

A．向心力的大小与质量的关系

B．向心力的大小与半径的关系

C．向心力的大小与角速度的关系;素养训练1如图所示是探究向心力的大小F与质量m、角速度ω和半径r之间的关系的实验装置．转动手柄，可使两侧变速轮塔以及长槽和短槽随之匀速转动．皮带分别套在左右两轮塔上的不同圆盘上，可使两个槽内的小球分别以各自的角速度做匀速圆周运动，其向心力由挡板对小球的弹力提供，球对挡板的反作用力通过杠杆作用使弹簧测力筒下降，从而露出标尺，标尺上露出的红白相间的等分格显示出两个球所受向心力的比值．;(1)下列实验的实验方法与本实验相同的是________．

(填写正确选项前的字母)

A．验证力的平行四边形定则

B．验证牛顿第二定律

C．伽利略对自由落体运动的研究;(2)若长槽上的挡板B到转轴的距离是挡板A到转轴距离的2倍，长槽上的挡板A和短槽上的挡板C到各自转轴的距离相等，探究向心力和角速度的关系时，若将传动皮带套在两半径之比等于3∶1的轮盘上，将质量相同的小球分别放在挡板________和挡板____处(均选填“A”“B”或“C”)，则标尺露出红白相间的等分格数的比值约为________．若仅改变皮带位置，通过对比皮带位置轮盘半径之比和向心力大小之比，可以发现向心力F与____________成正比．;

(3)为了能探究向心力大小的各种影响因素，左、右两侧轮塔________(选填“需要”或“不需要”)设置半径相同的轮盘．

(4)你认为以上实验中产生误差的原因有________________________(写出一条即可)．;探究点二创新型实验

典例示范

例2某同学用如图所示的装置做探究向心力大小与角速度大小的关系的实验．装置中水平光滑直杆随竖直转轴一起转动，一个滑块套在水平光滑杆上，用细线将滑块与固定在竖直转轴上的力传感器连接，细绳处于水平伸直状态，当滑块随水平杆一起匀速转动时，细线的拉力就是滑块做圆周运动需要的向心力．拉力的大小可以通过力传感器测得，滑块转动的角速度可以通过轻质角速度传感器测得．;(1)保持滑块的质量和到竖直转轴的距离r不变，仅多次改变竖直转轴转动的快慢，测得多组力传感器的示数F及角速度传感器的示数ω，根据实验数据得到F-ω2的图线斜率为k，则滑