6.2　向心力（第一课时）-2021-2022学年高一物理教学一体案（人教版2019必修第二册）

§6-2　向心力 第1课时　实验：探究向心力大小的表达式 一、学习目标 1.知道什么是向心力，知道向心力的作用，知道它是根据力的作用效果命名的. 2.体验向心力的存在，会设计相关实验，探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系，体会控制变量法在研究多个物理量关系中的应用． 二、学习过程 【问题探究】有一种叫作“魔盘”的娱乐设施(如图)，“魔盘”转动很慢时，盘上的人都可以随盘一起转动而不至于被甩开，当盘的转速逐渐增大时，盘上的人便逐渐向边缘滑去，离转动中心越远的人，这种滑动的趋势越厉害．出现这种现象说明了向心力的大小与哪些因素有关？ 【知识点1】向心力 1．定义：做匀速圆周运动的物体所受的合力总指向圆心，这个指向圆心的力叫作向心力． 2．作用：改变速度的方向． 3．方向：始终沿着半径指向圆心． 4．向心力是根据力的作用效果命名的，它是由某个力或者几个力的合力提供． 例题1、下列关于向心力的说法中，正确的是 A. 物体开始做圆周运动后，过一段时间后就会受到向心力 B. 向心力与重力、弹力、摩擦力一样，是一种特定的力，它只有在物体做圆周运动时才产生 C. 向心力既能改变物体运动的方向，又能改变物体运动的快慢 D. 向心力可以是重力，弹力、摩擦力等力中某一种力，也可以是这些力中某几个力的合力  例题2、如图所示，小物块与水平圆盘保持相对静止，跟着圆盘一起做匀速圆周运动，关于的受力情况，下列说法正确的是 A. 受重力、支持力 B. 受重力、支持力和指向圆心的摩擦力 C. 受重力、支持力、与运动方向相同的摩擦力和向心力 D. 受重力、支持力和与运动方向相反的摩擦力 跟踪训练：如图所示，把一个小球放在玻璃漏斗中，晃动漏斗后，可以使小球在短时间内沿光滑的漏斗壁在某一水平面内做匀速圆周运动，则提供小球做匀速圆周运动的向心力是 A. 小球的重力 B. 小球对漏斗的压力 C. 漏斗对小球的弹力 D. 漏斗对小球的弹力沿水平方向的分力 【知识点2】探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系 探究方案一　感受向心力 1．实验原理 如图所示，在绳子的一端拴一个小沙袋(或其他小物体)，另一端握在手中．将手举过头顶，使沙袋在水平面内做匀速圆周运动，此时沙袋所受的向心力近似等于绳对沙袋的拉力． 2．实验步骤 (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，比较向心力与半径的关系． (2)在小物体的质量和做圆周运动的半径不变的条件下，改变小物体的角速度进行实验，比较向心力与角速度的关系． (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，比较向心力与质量的关系． 3．实验结论：半径越大，角速度越大，质量越大，向心力越大． 探究方案二　用向心力演示器定量探究 1．实验原理 向心力演示器如图所示，匀速转动手柄1，可以使变速塔轮2和3以及长槽4和短槽5随之匀速转动．皮带分别套在塔轮2和3上的不同圆盘上，可使两个槽内的小球分别以几种不同的角速度做匀速圆周运动．小球做匀速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，通过横臂的杠杆作用使弹簧测力套筒7下降，从而露出标尺8，根据标尺8上露出的红白相间等分标记，可以粗略计算出两个球所受向心力的比值． 2．实验步骤 (1)皮带套在塔轮2、3半径相同的圆盘上，小球转动半径和转动角速度相同时，探究向心力与小球质量的关系． (2)皮带套在塔轮2、3半径相同的圆盘上，小球转动角速度和质量相同时，探究向心力与转动半径的关系． (3)皮带套在塔轮2、3半径不同的圆盘上，小球质量和转动半径相同时，探究向心力与角速度的关系． 3．实验结论：在半径和角速度一定的情况下，向心力大小与质量成正比． 在质量和角速度一定的情况下，向心力大小与半径成正比． 在质量和半径一定的情况下，向心力大小与角速度的平方成正比． 探究方案三　利用力传感器和光电传感器探究 1．实验原理与操作 如图所示，利用力传感器测量重物做圆周运动的向心力，利用天平、刻度尺、光电传感器分别测量重物的质量m、做圆周运动的半径r及角速度ω.实验过程中，力传感器与DIS数据分析系统相连，可直接显示力的大小．光电传感器与DIS数据分析系统相连，可直接显示挡光杆挡光的时间，由挡光杆的宽度和挡光杆做圆周运动的半径，可得到重物做圆周运动的角速度． 实验时采用控制变量法，分别研究向心力与质量、半径、角速度的关系． 2．实验数据的记录与分析 (1)设计数据记录表格，并将实验数据记录到表格中(表一、表二、表三) ①m、r一定(表一) 序号 1 2 3 4 5 6 Fn ω ω2 ②m、ω一定(表二) 序号 1 2 3 4 5 6 F