第3章 第2节 第1课时 探究影响向心力大小的因素（教师用书word）-2022-2023学年新教材高中物理必修第二册【精讲精练】鲁科版

第2节　科学探究：向心力 第1课时　探究影响向心力大小的因素 [学业要求与核心素养] 科学探究 1．能制定探究方案，选用合适的器材获得数据。 2．能分析实验数据，总结向心力大小的表达式，形成结论。 3．能撰写实验报告，对科学探究过程与结果进行交流和反思。 一、实验目的 1．定性感知向心力的大小与什么因素有关。 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 三、实验步骤 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 四、实验数据与分析 1．m、r一定 序号 1 2 3 4 5 6 F向 ω ω2 2.m、ω一定 序号 1 2 3 4 5 6 F向 r 3.r、ω一定 序号 1 2 3 4 5 6 F向 m 4．分别作出F向­ω2、F向­r、F向­m的图像。 5．实验结论 (1)在质量和半径一定的情况下，向心力的大小与角速度的平方成正比。 (2)在质量和角速度一定的情况下，向心力的大小与半径成正比。 (3)在半径和角速度一定的情况下，向心力的大小与质量成正比。 题型一　用圆锥摆验证向心力表达式 　 如图所示是“用圆锥摆实验验证向心力公式”的实验，细线下悬挂了一个质量为m的小钢球，细线上端固定在O点。将画有几个同心圆的白纸置于水平桌面上，使小钢球静止时(细线张紧)位于同心圆上。用手带动小钢球，使小钢球在水平面内做匀速圆周运动，随即手与球分离。(当地的重力加速度为g) (1)用秒表记录小钢球运动n圈的时间t，从而测出此时钢球做匀速圆周运动的周期T＝____________。 (2)再通过纸上的圆，测出小钢球做匀速圆周运动的半径R；可算出小钢球做匀速圆周运动所需的向心力F向＝________。 (3)测量出细绳长度L，小钢球做匀速圆周运动时所受的合力F合＝________(小钢球的直径与绳长相比可忽略)。 (4)这一实验方法简单易行，但是有几个因素可能会影响实验的成功，请写出一条：________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 [解析]　(1)周期为转动一圈所经历的时间，故用总时间除以圈数即为周期即T＝。 (2)根据向心力计算公式，所需的向心力为F向＝mR＝。 (3)小钢球受力如图所示： 则合力F合＝mgtan θ＝mg。 (4)半径R比较难准确测量、小钢球是否做圆周运动等会影响实验成功。 [答案]　(1)　(2) (3)mg　(4)半径R比较难准确测量、小钢球是否做圆周运动等(合理即可) 题型二　利用传感器探究向心力大小的表达式 　某兴趣小组用如图甲所示的装置与传感器结合，探究向心力大小的影响因素。实验时用手拨动旋臂产生圆周运动，力传感器和光电门固定在实验器上，测量向心力和角速度。 (1)电脑通过光电门测量挡光杆通过光电门的时间，并由挡光杆的宽度d、挡光杆通过光电门的时间Δt、挡光杆做圆周运动的半径r，自动计算出砝码做圆周运动的角速度，则其计算角速度的表达式为________。 (2)图乙中①②两条曲线为相同半径、不同质量下向心力与角速度的关系图线，为抛物线，由图可知，曲线①对应的砝码质量________(选填“大于”或“小于”)曲线②对应的砝码质量。 [解析]　(1)物体转动的线速度v＝， 由ω＝，计算得出：ω＝。 (2)图中抛物线说明：向心力F和ω2成正比；若保持角速度和半径都不变，则质点做圆周运动的向心加速度不变，由牛顿第二定律F＝ma可以知道，质量大的物体需要的向心力大，所以曲线①对应的砝码质量小于曲线②对应的砝码质量。 [答案]　(1)ω＝　(2)小于 1．如图所示是用以说明向心力和质量、半径之间关系的仪器，球P和Q可以在光滑杆上无摩擦地滑动，两球之间用一条轻绳连接，mP＝2mQ，当整个装置以角速度ω匀速旋转时，两球离转轴的距离保持不变，则此时(