第3章 第2节 科学探究：向心力（Word教参）-【优化指导】2022-2023学年新教材高中物理必修第二册（鲁科版2019）

第2节　科学探究：向心力 核心素养 物理观念 科学思维 科学探究 科学态度与责任 知道向心加速度的内涵，能分析匀速圆周运动的向心力 能用牛顿第二定律分析匀速圆周运动的向心力，通过实例认识向心力的作用及来源． 在“探究影响向心力大小与半径、角速度、质量的关系”实验过程中，熟悉控制变量法的应用，提高科学探究的能力． 有主动将所学知识应用于日常生活的意识，能在合作中坚持自己的观点；能体会物理学技术应用对日常生活的影响． [对应学生用书P71] 知识点一 向心力 1.定义：做圆周运动❶的物体一定受到指向圆心的力的作用，这个力称为向心力． 2．方向：始终沿半径指向圆心❷． 3．作用效果：向心力只改变速度的方向，不改变速度的大小． 4．来源：向心力❸可能是弹力、重力或摩擦力，也可能是某几个力的合力． 1．做匀速圆周运动的物体所受到的向心力是恒力．(×) 2．向心力和重力、弹力、摩擦力一样，是性质力．(×) 3．向心力可以由某种性质的力来充当，是效果力．(√) 知识点二 探究影响向心力大小的因素 1.实验目的：探究做圆周运动的物体所需要的向心力F与其质量m、转动半径r和转动角速度ω之间的关系❹． 2．实验器材：向心力演示器、小球等． 3．实验原理与设计 如图所示，匀速转动手柄，可使塔轮、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．挡板对小球的作用力提供了小球做匀速圆周运动的向心力．同时，小球挤压挡板的力使挡板另一端压缩测力套筒的弹簧，压缩量可从标尺上读出，该读数即显示了向心力的大小． 4．实验步骤❺ (1)把两个质量不同的小球放在长槽和短槽上，调整塔轮上的皮带和小球的位置，使两球的转动半径和角速度都相同．转动手柄，观察向心力大小和质量的关系． (2)换两个质量相同的小球，使两球的角速度相同．再增大长槽上小球的转动半径，使两球的转动半径不同．转动手柄，观察向心力大小和半径的关系． (3)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，调整皮带的位置，使两球转动的角速度不同，转动手柄，观察向心力大小和角速度的关系． (4)重复几次以上实验． 5．数据分析❻ 记录实验现象，分析实验中得到的向心力大小与物体质量、转动半径及转动角速度之间的关系． 6．实验结论 物体做圆周运动需要的向心力与物体的质量成正比，与半径成正比，与角速度的二次方成正比❼． (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． 7．注意事项 (1)实验前应将横臂紧固，螺钉旋紧，以防球和其他部件飞出造成事故． (2)实验时，不宜使标尺露出格数太多，以免由于球沿滑槽外移引起过大的误差． (3)摇动手柄时，应力求加速缓慢，速度增加均匀． (4)皮带跟塔轮之间要拉紧． 1．本实验采用了等效替代的科学方法(×) 2．若要探究“向心力大小与角速度的关系”，皮带应安装在两侧最上面的轮上(×) 知识点三 向心加速度 1.向心加速度：由向心力产生的加速度❽． 2．方向：与向心力的方向一致，始终指向圆心❾． 3．公式：a＝ω2r＝． 1．匀速圆周运动是加速度不变的运动．(×) 2．向心加速度描述线速度大小变化的快慢．(×) 3．由a＝可知，加速度a与半径r成反比．(×) 批注❶：物体做圆周运动时，需要有指向圆心的力用于改变物体的运动方向． 批注❷：向心力始终指向圆心，所以向心力不可能是恒力． 批注❸：向心力是效果力． 批注❹：实验方法：控制变量法 批注❺：探究过程 (1)m、r相同，改变角速度ω，则ω越大，向心力F就越大． (2)m、ω相同，改变半径r，则r越大，向心力F就越大． (3)ω、r相同，改变质量m，则m越大，向心力F就越大． 批注❻：数据处理 (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． 批注❼： (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． 批注❽：向心加速度描述线速度方向改变的快慢． 批注❾：向心加速度的方向总是指向圆心，与运动方向垂直．