2.2 第1课时 实验：探究影响向心力的大小的因素（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（粤教版）

第二节　向心力与向心加速度 第1课时　实验：探究影响向心力的大小的因素 必修第二册·粤教物理 返回导航 下页 上页 学习目标 素养提炼 1.了解向心力的概念，知道它是根据力的效果命名的，会分析向心力的来源。 2．掌握向心力的表达式，并能用来进行计算。 3．理解向心加速度的概念，知道向心加速度和线速度、角速度的关系式。 4．能够运用向心加速度公式求解有关问题。 物理观念：向心力、向心加速度。 科学思维：牛顿第二定律在圆周运动中的应用。 科学探究：探究影响向心力大小的因素。 必修第二册·粤教物理 返回导航 下页 上页 必备知识 自主学习 关键能力 合作探究 课堂检测 素养达标 必修第二册·粤教物理 返回导航 下页 上页 一、感受向心力 1．定义：做匀速圆周运动的物体所受的__________的合外力。 2．方向：始终指向______，与________方向垂直。 指向圆心 圆心 线速度 必修第二册·粤教物理 返回导航 下页 上页 3．来源 (1)向心力是按照力的__________命名的。 (2)匀速圆周运动中向心力可能是物体所受外力的______，也可能是某个力的分力。 4．作用：只改变线速度的______，不改变线速度的______。 作用效果 合力 方向 大小 必修第二册·粤教物理 返回导航 下页 上页 二、向心加速度 1．定义：在匀速圆周运动中，合力是指向圆心的向心力，所以加速度也一定指向______，称为向心加速度。 2．向心加速度的作用：向心加速度的方向总是与速度方向______，所以向心加速度只改变速度的______，不改变速度的______。 圆心 垂直 方向 大小 必修第二册·粤教物理 返回导航 下页 上页 ω2r 必修第二册·粤教物理 返回导航 下页 上页 × × √ × × 必修第二册·粤教物理 返回导航 下页 上页 探究方案一　用绳和沙袋定性研究 1．实验原理：如图(a)所示，绳子的一端拴一个小沙袋(或其他小物体)，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 必修第二册·粤教物理 返回导航 下页 上页 2．实验步骤：在离小沙袋重心40 cm的地方打一个绳结A，在离小沙袋重心80 cm的地方打另一个绳结B。同学甲看手表计时，同学乙按下列步骤操作： 操作一　手握绳结A，如图(b)所示，使沙袋在水平面内做匀速圆周运动，每秒转动1周。体会此时绳子拉力的大小。 操作二　手仍然握绳结A，但使沙袋在水平面内每秒转动2周，体会此时绳子拉力的大小。 必修第二册·粤教物理 返回导航 下页 上页 操作三　改为手握绳结B，使沙袋在水平面内每秒转动1周，体会此时绳子拉力的大小。 操作四　手握绳结A，换用质量较大的沙袋，使沙袋在水平面内每秒转动1周，体会此时绳子拉力的大小。 必修第二册·粤教物理 返回导航 下页 上页 (1)通过操作一和二，比较在______、______相同的情况下，向心力大小与角速度的关系。 (2)通过操作一和三，比较在______、________相同的情况下，向心力大小与半径的关系。 (3)通过操作一和四，比较在______、________相同的情况下，向心力大小与质量的关系。 半径 质量 质量 角速度 半径 角速度 必修第二册·粤教物理 返回导航 下页 上页 3．实验结论：半径越____，角速度越____，质量越____，向心力越大。 大 大 大 必修第二册·粤教物理 返回导航 下页 上页 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 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。 必修第二册·粤教物理 返回导航 下页 上页 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。 必修第二册·粤教物理 返回导航 下页 上页 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