第六章 2.向心力 第2课时 实验：探究向心力大小的表达式（教参Word）- 【勤径学升·同步练测】2022-2023学年高一新教材物理必修第二册（人教版）

第2课时　实验：探究向心力大小的表达式 学习目标 1.采用控制变量法探究“向心力大小与半径、角速度、质量的关系”。 2.能分析归纳实验信息，形成与实验目的相关的结论。 3.能够通过实验器材的改进与创新探究向心力大小的影响因素。 [对应学生用书第31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。 二、实验器材 向心力演示器 三、实验原理 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。 （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若讨论向心力与转动半径的关系，应控制物体质量、角速度不变。 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塔轮进行实验，比较向心力F与角速度ω之间的关系。 （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。 四、实验设计——各个物理量的测量和调整方法 1.向心力的测量：由塔轮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：选出不同的钢球和铝球。 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：通过测量变速塔轮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塔轮。 五、实验步骤 　　匀速转动手柄，可以使塔轮、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。 （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。调整塔轮上的皮带，使两个小球的角速度不一样。注意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。调整塔轮上的皮带，使两个小球的角速度相同。注意向心力的大小与半径的关系。 （3）换成质量不同的小球，分别使两个小球的转动半径相同。调整塔轮上的皮带，使两个小球的角速度也相同。注意向心力的大小与质量的关系。 （4）重复几次以上实验。 六、数据收集与分析 1.列Fn、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 Fn 2.列Fn、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 Fn 3.列Fn、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 Fn 4.Fn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 Fn∝r 2 m、r ω Fn∝ω2 3 r、ω m Fn∝m 七、注意事项 1.实验前要做好横臂支架的安全检查，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。 [对应学生用书第33页] 一、定性探究影响向心力大小的因素 [例1]　如图所示，同学们分小组探究影响向心力大小的因素。同学们用细绳系一个小沙袋在空气中甩动，使小沙袋在水平面内做圆周运动，来感受向心力。 （1）下列说法中正确的是　　　　。  A.保持质量、绳长不变，增大转速，绳对手的拉力将不变 B.保持质量、绳长不变，增大转速，绳对手的拉力将增大 C.保持质量、角速度不变，增大绳长，绳对手的拉力将不变 D.保持质量、角速度不变，增大绳长，绳对手的拉力将增大 （2）如图，在绳上离小沙袋重心40 cm处打一个绳结A，80 cm处打一个绳结B，学习小组中一位同学用手表计时，