2.2 第2课时 实验：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（课件）-【优化探究】2021-2022学年新教材高中物理必修第二册同步导学案（教科版）

第2课时　实验：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 物理 必修 第二册 返回导航 下页 上页 实验必备 自主学习 实验研析 创新学习 课堂检测 素养达标 物理 必修 第二册 返回导航 下页 上页 一、实验目的 1．定性分析向心力大小的影响因素。 2．学会使用向心力演示器。 3．探究向心力与质量、角速度、半径的定量关系。 物理 必修 第二册 返回导航 下页 上页 二、实验器材 向心力演示器 物理 必修 第二册 返回导航 下页 上页 三、实验原理与设计 1．实验的基本思想： 控制变量法。 (1)变量的控制要求 物体的质量、角速度、转动半径对向心力均有影响。要研究一个因变量与三个自变量的关系，应先控制其中的两个自变量不变，先研究向心力与第三个自变量之间的关系。 物理 必修 第二册 返回导航 下页 上页 (2)设计思路： ①若讨论向心力与物体质量的关系，应控制角速度、转动半径不变。 ②若讨论向心力与角速度的关系，应控制物体质量、转动半径不变。 ③若讨论向心力与半径的关系，应控制物体质量、角速度不变。 物理 必修 第二册 返回导航 下页 上页 2．实验原理 (1)保持两个小球的质量m和角速度ω相同 将两球分别放置于长槽和短槽中进行实验，比较向心力F与运动半径r之间的关系。 (2)保持两个小球的质量m和运动半径r相同 用皮带连接半径不同的变速轮塔进行实验，比较向心力F与角速度ω之间的关系。 物理 必修 第二册 返回导航 下页 上页 (3)保持运动半径r和角速度ω相同 用质量m不同的钢球和铝球进行实验，比较向心力的大小与质量m的关系。 物理 必修 第二册 返回导航 下页 上页 3．实验设计：各个物理量的测量和调整方法 (1)向心力的测量：由轮塔中心标尺露出的等分格的读数读出。 (2)质量的测量：用天平直接测量。 质量的调整：选用不同的钢球和铝球。 (3)轨道半径的测量：根据长、短槽上的刻度读出小球到转轴的距离。 轨道半径的调整：改变小球放置在长、短槽上的位置。 (4)角速度的测量：通过测量变速轮塔的直径确定角速度的比值。 角速度的调整：改变皮带所连接的变速轮塔。 物理 必修 第二册 返回导航 下页 上页 四、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套筒里的弹簧，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。 物理 必修 第二册 返回导航 下页 上页 (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。 物理 必修 第二册 返回导航 下页 上页 五、数据收集与分析 1．列F、r数据收集表 把小球在不同半径时测出的向心力填在表中： 实验序号 1 2 3 4 5 r F 物理 必修 第二册 返回导航 下页 上页 2.列F、m数据收集表 把使用不同质量的小球时测出的向心力填在表中： 实验序号 1 2 3 4 5 m F 物理 必修 第二册 返回导航 下页 上页 3.列F、ω数据收集表 把小球在不同角速度时测出的向心力填在表中： 实验序号 1 2 3 4 5 ω ω2 F 物理 必修 第二册 返回导航 下页 上页 4.F为纵坐标，r、m和ω2为横坐标，根据数据作出图像，用曲线拟合测量点，找出规律。 5．实验结论 两球相同的物理量 不同的物理量 实验结论 1 m、ω r ______ 2 m、r ω ______ 3 r、ω m ______ 物理 必修 第二册 返回导航 下页 上页 六、注意事项 1．实验前要做好横臂支架的安全检查，检查螺钉是否有松动。 2．标尺格数比应选择最小格数进行，使学生容易看清格数比。如：F1∶F2＝1∶4，可以选择2格和8格，但最好使用1格和4格。 3．转动转台时，应先让一个套筒的标尺达到预定的整数格，然后观察另一个套筒的标尺。 4．实验时，转速应从慢到快。 物理 必修 第二册 返回导航 下页 上页 物理 必修 第二册 返回导航 下页 上页 (1)在该实验中应用了________来探究向心力的大小与质量m、角速度ω和半径r之间的关系。 A．理