第2章 2 第2课时 实验：探究向心力F的大小与质量m、角速度ω和半径r之间的关系-【优化探究】2023-2024学年新教材高中物理必修第二册同步导学案配套PPT课件（教科版）

第2课时　实验：探究向心力F的大小与 质量m、角速度ω和半径r之间的关系 返回导航 下页 上页 /教科物理/ 必修 第二册 实验必备 自主探究 实验研析 创新学习 课堂检测 巩固演练 返回导航 下页 上页 /教科物理/ 必修 第二册 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。 返回导航 下页 上页 /教科物理/ 必修 第二册 二、实验器材 向心力演示器 返回导航 下页 上页 /教科物理/ 必修 第二册 三、实验原理与设计 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，再研究向心力与第三个自变量之间的关系。 返回导航 下页 上页 /教科物理/ 必修 第二册 (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若讨论向心力与半径的关系，应控制物体质量、角速度不变。 返回导航 下页 上页 /教科物理/ 必修 第二册 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轮塔进行实验，比较向心力F与角速度ω之间的关系。 返回导航 下页 上页 /教科物理/ 必修 第二册 (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。 返回导航 下页 上页 /教科物理/ 必修 第二册 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：由轮塔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。 (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：通过测量变速轮塔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轮塔。 返回导航 下页 上页 /教科物理/ 必修 第二册 四、实验步骤 转动手柄使长槽和短槽分别随变速轮塔匀速转动，槽内的小球做匀速圆周运动。横臂的挡板对小球的压力提供了小球做匀速圆周运动的向心力。同时，小球对挡板的反作用力通过横臂的杠杆作用使弹簧测力筒下降，从而露出标尺，标尺上红白相间的等分格显示出两个球所受向心力的比值。 返回导航 下页 上页 /教科物理/ 必修 第二册 (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。调整轮塔上的皮带，使两个小球的角速度不一样。探究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。调整轮塔上的皮带，使两个小球的角速度相同。探究向心力的大小与半径的关系。 返回导航 下页 上页 /教科物理/ 必修 第二册 (3)换成质量不同的小球，分别使两小球的转动半径相同。调整轮塔上的皮带，使两个小球的角速度也相同。探究向心力的大小与质量的关系。 (4)重复几次以上实验。 返回导航 下页 上页 /教科物理/ 必修 第二册 五、数据收集与分析 1．列F、r数据收集表 把小球质量与角速度相同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 F 返回导航 下页 上页 /教科物理/ 必修 第二册 2.列F、m数据收集表 把半径与角速度相同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 F 返回导航 下页 上页 /教科物理/ 必修 第二册 3.列F、ω数据收集表 把小球质量与半径相同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 F 返回导航 下页 上页 /教科物理/ 必修 第二册 4.F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。 返回导航 下页 上页 /教科物理/ 必修 第二册 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 ______ 2 m、r ω ______ 3 r、ω m ______ 返回导航 下页 上页 /教科物理/ 必修 第二册 六、注意事项 1．实验前要做好横臂支架的安全检查，检查螺钉是否有松动。 2．标尺格数比应选择最小格数进行，容易看清格数比。例如，F1∶F2＝1∶4，可以选择2格和8格，但最好使用1格和4格