第六章2.2 实验：探究向心力大小的表达式(学案)-【成才之路】2022-2023学年高中新教材物理必修第二册同步学习指导（人教版2019）

+,-&./+012345 课堂达标检测 　 　 沙场点兵·名校真题　 １．（２０２２·上海高一月考）如 图所示，汽车在一水平公路 上转弯时，汽车的运动可视 为匀速圆周运动。下列关 于汽车转弯时的说法正确的是 （Ｃ ） Ａ．汽车处于平衡状态 Ｂ．汽车的向心力由重力和支持力提供 Ｃ．汽车的向心力由摩擦力提供 Ｄ．汽车的向心力由支持力提供 ２．（２０２１·安徽省定远县高一期中）如图，小明在游乐 园乘坐摩天轮。已知摩天轮在竖直平面内沿逆时 针方向做匀速圆周运动。当小明从最低点ａ处转 动到水平位置ｄ处的过程中，小明 （Ｃ ） Ａ．对座舱的压力大小不变 Ｂ．所受合外力的大小逐渐变大 Ｃ．在水平方向的受力大小逐渐变大 Ｄ．在水平方向的受力大小保持不变 ３．（２０２２·河北省承德高一月考） 如图所示，一竖直圆盘上固定着 一个质量为０． ２ ｋｇ的小球（可视 为质点），小球与圆盘圆心Ｏ的 距离为５ ｃｍ。现使圆盘绕过圆心Ｏ的水平轴 以１０ ｒａｄ ／ ｓ的角速度匀速转动，重力加速度ｇ 取１０ ｍ ／ ｓ２，当小球运动到Ｏ点正上方时圆盘对 小球的作用力为Ｆ１，当小球运动到Ｏ点正下方 时圆盘对小球的作用力为Ｆ２，则 （Ａ ） Ａ． Ｆ１ ＝ １ Ｎ　 Ｆ２ ＝ ３ Ｎ Ｂ． Ｆ１ ＝ ２ Ｎ　 Ｆ２ ＝ ４ Ｎ Ｃ． Ｆ１ ＝ ２ Ｎ　 Ｆ２ ＝ ３ Ｎ Ｄ． Ｆ１ ＝ １ Ｎ　 Ｆ２ ＝ ４ Ｎ 请同学们认真完成练案［８］（Ｂ本                                   ） 第２课时　 实验：探究向心力大小的表达式 实验必备·合作探究 　 　 　 　 　 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、实验原理与设计 １．本实验采用的科学方法是Ｃ　 。 Ａ．理想实验法　 　 　 Ｂ．等效替代法 Ｃ．控制变量法 Ｄ．建立物理模型法 ２．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。 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：选用不同的钢球和铝球                           。 !!"# 　 ０３８ !"#$%&'() ＲＪ * （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。 三、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半径不同的圆盘上，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半径相同的圆盘上，小 球质量和转动半径相同时，探究向心力与角速度 的关系。 思考辨析　 １．在实验中，有哪些方法可以判定两个物理 量是否成正比？ ２．实验中判断两个物理量的正比关系时，是 否需要测出各个物理量的具体数值？ 　 　 四、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：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。 五、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