6.2.2 实验：探究向心力大小的表达式 教学设计 -2023-2024学年高一下学期物理人教版（2019）必修第二册

人教版 物理必修第二册 第6章 第2节 教学设计 第6章　圆周运动 第2节 向心力（第2课时） 第2课时　实验：探究向心力大小的表达式 目录 一、实验目标 二、必备知识 三、学习效果 2 / 2 学科网（北京）股份有限公司 第6章　圆周运动 第2节 向心力（第2课时） 第2课时　实验：探究向心力大小的表达式 一、实验目标 1．探究向心力大小与质量、半径、角速度的关系。 2．学会用控制变量法探究物理规律。 二、必备知识 1. 实验原理（采用控制变量法研究） （1）使两物体的质量、转动的半径相同，研究向心力的大小跟转动的角速度的定量关系。 （2）使两物体的质量、转动的角速度相同，研究向心力的大小跟转动的半径的定量关系。 （3）使两物体的转动半径、转动的角速度相同，研究向心力的大小跟物体质量的定量关系。 2. 实验器材：向心力演示器 3. 实验步骤 （1）向心力大小与哪些因素有关的定性感知 a. 在小球的质量和角速度不变的条件下，改变小球做圆周运动的半径进行实验 b. 在小球的质量和做圆周运动的半径不变的条件下，改变小球的角速度进行实验 c. 换用不同质量的小球，在角速度和半径不变的条件下，重复上述操作 （2）向心力与质量、角速度、半径关系的定量分析：匀速转动手柄，可以使变速塔轮、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。这时，小球向外挤压挡板，挡板对小球的反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弹簧测力套筒里的弹簧，弹簧的压缩量可以从标尺上读出，该读数显示了向心力大小。 a. 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。 b. 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。 c. 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。 d. 重复几次以上实验。 4. 数据处理 （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，使两个小球转动的 角速度之比分别为1:1,1:2和1:3，分别读出两个小球所需 的向心力大小，将结果填入表一。 （2）把两个质量相同的小球放在长槽和短槽上，使半径之比为2:1；调整塔轮上的皮带，使两个小球的角速度相同，分别读出两个小球所需的向心力大小，将结果填入表二。 （3）把两个质量不同的小球放在长槽和短槽上，使两球的转动半径相同，调整塔轮上的皮带，使两个小球的角速度相同，分别读出两小球所需的向心力大小，将结果填入表三。 （4）分析与论证 （5）实验结论：物体做圆周运动需要的向心力跟物体的质量成正比，跟半径成正比，跟角速度的二次方成正比。 5. 注意事项 （1）定性感知实验中，轻小物体收到的重力与拉力相比可忽略。 （2）使用向心力演示器时应注意 a. 将横臂紧固，螺钉旋紧，以防小球和其他部件飞出而造成事故。 b. 摇动手柄时应力求缓慢加速，注意观察其中一个测力计的格数，达到预定格数时，即保持转速均匀恒定。 三、学习效果 1．航天器绕地球做匀速圆周运动时处于完全失重状态，物体对支持面没有压力，所以在这种环境中已经无法用天平称量物体的质量。假设某同学在这种环境中设计了如图所示的装置(图中O为光滑小孔)来间接测量物体的质量：给待测物体一个初速度，使它在桌面上做匀速圆周运动。设航天器中具有基本测量工具。 (1)实验时需要测量的物理量是____________________________________________________。 (2)待测物体质量的表达式为m＝________。 [解析]　需测量物体做圆周运动的周期T、半径R以及弹簧测力计的示数F， 则有F＝mR，所以待测物体质量的表达式为m＝。 [答案]　(1)弹簧测力计示数F、圆周运动的半径R、圆周运动的周期T　(2) 2．如图所示是探究向心力F的大小与质量m、角速度ω和半径r之间的关系的实验装置图，转动手柄1，可使变速塔轮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6、7分别以不同的角速度做匀速圆周运动。小球做圆周运动的向心力由横臂8的挡板对小球的压力提供，小球对挡板的反作用力通过横臂8的杠杆作用使弹簧测力套筒9下降，从而露出标尺10，标尺10上露出的红白相间的等分格显示出两个小球所受向心力的比值。那么： (1)现将两小球分别放在两边的槽内，为了探究小球受到的向心力大小和角速度的关系，下列说法正确的是________。 A．在小球运动半径相等的情况下，用质量相同的小球做实验