第二章 第2节 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(课件)-【高考领航】2023-2024学年高中物理必修第二册同步核心辅导与测评（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 1 实验 要点梳理 实验 热点剖析 实验 要点梳理 1 实验 要点梳理 实验 热点剖析 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。 (4)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。 1 实验 要点梳理 实验 热点剖析 二、实验器材 1．手柄　2.变速轮塔　3.变速轮塔　4.长槽 5．短槽　6.小球　7.小球　8.横臂　 9.弹簧测力筒　10.标尺　11.传动皮带　12.挡板 1 实验 要点梳理 实验 热点剖析 三、实验原理与设计 1．本实验采用的科学方法是控制变量法。 2．实验原理 (1)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。 (2)保持两个小球质量m和运动半径r相同： 用皮带连接半径不同的变速塔轮进行实验，比较向心力F与角速度ω之间的关系。 (3)保持两个小球质量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。 1 实验 要点梳理 实验 热点剖析 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：通过横臂使弹簧测力筒上下移动，从标尺上的红白相间的等分格显示。 (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：通过测量变速塔轮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塔轮。 1 实验 要点梳理 实验 热点剖析 四、实验步骤 1．把皮带放在皮带盘第一挡，此时转速比为1∶1。将质量不同的铝球和钢球分别放在长、短槽上半径相等的横臂挡板内侧，即保持ω和r相同。然后摇动手柄，记录实验数据，研究小球做圆周运动所需向心力F与质量m之间的关系。 2．把皮带放在皮带盘第二挡(第三挡)，此时转速比为1∶2(1∶3)；将质量相同的钢球分别放在长、短槽上半径相等的横臂挡板内侧，即保持m和r相同。然后摇动手柄，记录实验数据，研究小球做圆周运动所需向心力F与角速度ω之间的关系。 3．把皮带放在皮带盘第一挡，此时转速比为1∶1；将长槽上的钢球由第一挡板内侧移到第二挡板，此时两个质量相同的钢球相对转轴的半径之比为2∶1。然后摇动手柄，记录实验数据，研究小球做圆周运动所需向心力F与半径r之间的关系。 4．重复几次以上实验。 1 实验 要点梳理 实验 热点剖析 五、数据收集与分析 1．列F、m数据收集表 把使用不同质量的小球测出的向心力填在表中 实验序号 1 2 3 4 5 m           F           1 实验 要点梳理 实验 热点剖析 2.列F、ω数据收集表 把小球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           1 实验 要点梳理 实验 热点剖析 3.列F、r数据收集表 把小球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           1 实验 要点梳理 实验 热点剖析 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。 5．实验结论 (1)在转动半径和角速度相同时，向心力与质量成正比。 (2)在质量和角速度相同时，向心力与转动半径成正比。 (3)在转动半径和质量相同时，向心力与角速度的平方成正比。 1 实验 要点梳理 实验 热点剖析 六、注意事项 1．实验前要做好横臂支架的安全检查，螺钉是否有松动。 2．标尺格数比应选择最小格数进行，使学生容易看清格数比。如：F1∶F2＝1∶4，可以选择2格和8格，但最好使用1格和4格。 3．转动转台时，应先让一个套筒的标尺达到预定的整数格，然后观察另一个套筒的标尺。 4．实验时，转速应从慢逐渐变快。 1 实验 要点梳理 实验 热点剖析 实验 热点剖析 1 实验 要点梳理 实验 热点剖析 实验原理和操作 　在“探究向心力大小的表达式”实验中，所用向心力演示仪如图1、2所示。图3是部分工作原理示意图：其中轮①、④的半径相同，轮②的半径是轮①的2倍，轮④的半径是轮⑤的2倍，两转臂上黑白格的长度相等。A、B、C为三根固定在转臂上的短臂，可与转臂上做圆周运动的实验球产生挤压，从而提供