第6章 第2节 第1课时 实验：探究向心力大小的表达式（课件PPT）-【新课程学案】新教材2023-2024学年高中物理必修第二册（人教版2019，浙江专用）

第2节　向心力 第1课时实验：探究向心力大小的表达式 (实验课—基于经典科学探究) 目 录 01 02 1 实验准备——原理、器材和装置 2 实验操作——过程、细节和反思 03 04 3 实验考法——基础、变通和创新 4 训练评价——巩固、迁移和发展 探究方案(一)　定性感受向心力 如图所示，在绳子的一端拴一个小沙袋(或其他小物体)，另一端握在手中。将手举过头顶，使沙袋在水平面内做匀速圆周运动。此时，沙袋所受的向心力近似等于手通过绳对沙袋的拉力。 1 实验准备——原理、器材和装置 探究方案(二)　定量探究向心力 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8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9下降，从而露出标尺10，根据标尺10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。 探究方案(一)　定性感受向心力 一、实验步骤　 1．在小沙袋的质量和角速度不变的条件下，改变小沙袋做圆周运动的半径进行实验，比较向心力与半径的关系。 2．在小沙袋的质量和做圆周运动的半径不变的条件下，改变小沙袋做圆周运动的角速度进行实验，比较向心力与角速度的关系。 3．换用不同质量的小沙袋，在角速度和运动半径不变的条件下，重复上述操作，比较向心力与质量的关系。 2 实验操作——过程、细节和反思 二、实验结论　 物体做圆周运动的半径越大，角速度越大，物体质量越大，则所受到的向心力越大。 探究方案(二)　定量探究向心力 一、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半径相同的圆盘上，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半径不同的圆盘上，小球质量和转动半径相同时，探究向心力与角速度的关系。 二、实验结论　 1．在运动半径和角速度一定的情况下，向心力大小与质量成正比。 2．在质量和角速度一定的情况下，向心力大小与运动半径成正比。 3．在质量和运动半径一定的情况下，向心力大小与角速度的平方成正比。 1．在实验中，有哪些方法可以判定两个物理量是否成正比？ 提示：①图像法：观察两个物理量之间的关系在坐标系中是否成一条过原点的倾斜的直线。 ②比值法：两个物理量的比值是否一定。 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？ 提示：不需要，只需得到对应量的比值。 [关键点反思] 考法(一)　实验基本操作 [例1]　(2023·山东济南高一检测)图甲为探究向心力的大小F与质量m、角速度ω和转动半径r之间关系的实验装置，图乙为示意图，图丙为俯视图。图乙中A、B槽分别与a、b轮同轴固定，a、b两轮在皮带的带动下匀速转动。 3 实验考法——基础、变通和创新 (1)在该实验中应用了____________(选填“理想实验法”“控制变量法”或“理想模型法”)来探究向心力的大小与质量m、角速度ω和转动半径r之间的关系。 (2)如图乙所示，如果两个钢球质量相等，且a、b轮半径相同，则是在探究向心力的大小F与______的关系。 A．质量m　　B．转动半径r　　C．角速度ω (3)现有两个质量相同的钢球，①球放在A槽的边缘，②球放在B槽的边缘，a、b轮半径相同，它们到各自转轴的距离之比为2∶1。则钢球①、②的线速度之比为__________。 [解析]　(1)在该实验中应用了控制变量法来探究向心力的大小与质量m、角速度ω和转动半径r之间的关系。 (2)如题图乙所示，如果两个钢球质量m相等，且a、b轮半径相同，两球转动的角速度ω相同，则是在探究向心力的大小F与转动半径r的关系。 (3)钢球①、②的角速度相等，则根据v＝ωr可知，线速度之比为2∶1。 [答案]　(1)控制变量法　(2)B　(3)2∶1 考法(二)　数据处理和误差分析 [例2]　(2023·哈尔滨期中检测)如图所示是探究小球做圆周运动所需向心力的大小F与质量m、角速度ω和转动半径r之间的关系的实验装置。转动手柄，可使变速塔轮、长槽和短槽随之匀速转动。皮带分别套在塔轮的圆盘上，可使两个槽内的小球分别以不同角速度做匀速圆周运动。小球做圆周运动的向心力由横臂的挡板提供，同时，小球对挡板的弹力使弹簧测力套筒下降，从而露出测力筒内的标尺，标尺上露出的红白相间的等分格数之比即为两个小球所受向心力之比。图中A、B、C所处位置到转轴的距离之比为1∶2∶1。 在探究向心力的大小F与转动半径r的关系时，图中需要让与