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

6.2.1实验：探究向心力大小的表达式 学习目标： 1.知道向心力的定义及作用，知道它是根据力的作用效果命名的(重点)。 2.通过实验体会向心力的存在，会设计相关实验，探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系，体会控制变量法在研究多个物理量关系中的应用(重难点)。 一、向心力的理解 如图所示，用细绳拉着质量为m的小球在光滑水平面上做匀速圆周运动。 (1)小球受哪些力的作用？合力指向什么方向？ (2)除以上力外，小球还受不受向心力？ ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ 梳理与讨论： 1．向心力的定义：做匀速圆周运动的物体所受的合力总________，这个指向________的力叫作向心力。 2．向心力的特点 (1)向心力是矢量，方向始终________且与速度方向______，所以向心力是________力。 (2)做匀速圆周运动的物体，线速度______不变，故向心力只改变线速度的________。 (3)向心力是根据力的________命名的，它是由________或者____________提供的。 二、定量研究影响向心力大小的因素 1．实验器材及原理 (1)匀速转动手柄1，可使变速塔轮2和3匀速转动，思考通过两变速塔轮控制两侧圆周运动角速度的原理； (2)两塔轮分别与长槽4和短槽5同轴转动，槽内的小球转动角速度关系如何判定？ (3)小球做匀速圆周运动的向心力由谁提供？ ________________________________________________________________________________________________________________________________________________ 2．实验操作及数据分析 (1)在角速度、轨道半径不变的条件下，探究向心力与质量的关系： 实验结论：在ω、r不变的条件下，Fn ∝____________________。 (2)在角速度、质量不变的条件下，探究向心力与轨道半径的关系： 实验结论：在ω、m不变的条件下，Fn ∝____________________。 (3)在质量、轨道半径不变的条件下，探究向心力与角速度的关系： 实验结论：在m、r不变的条件下，Fn ∝_____________________。 精确的实验表明：向心力的大小与质量、半径和角速度平方成正比。 梳理与讨论： 1．根据实验结论能得出的向心力大小的表达式为Fn＝________或Fn＝________。 2．若用周期和转速表示，还可以写为Fn＝________＝________。 3．若同时用角速度和线速度表示可以写为Fn＝________。 三、练习巩固： 1.如图所示，一只老鹰在水平面内盘旋做匀速圆周运动，则关于老鹰受力的说法正确的是(　　) A．老鹰受重力、空气对它的作用力和向心力的作用 B．老鹰受重力和空气对它的作用力 C．老鹰受重力和向心力的作用 D．老鹰受空气对它的作用力和向心力的作用 2.如图甲所示，某实验小组探究影响向心力大小的因素。用细绳系一纸杯(杯中有30 mL的水)，将手举过头顶，使纸杯在水平面内做匀速圆周运动。 (1)下列说法中正确的是________。 A．保持质量、绳长不变，增大转速，绳对手的拉力将不变 B．保持质量、绳长不变，增大转速，绳对手的拉力将增大 C．保持质量、角速度不变，增大绳长，绳对手的拉力将不变 D．保持质量、角速度不变，增大绳长，绳对手的拉力将增大 (2)如图乙，绳离杯心40 cm处打一结点A,80 cm处打一结点B，学习小组中一位同学用手表计时，另一位同学操作。 操作一：手握绳结A，使杯在水平面内每秒运动一周，体会向心力的大小。 操作二：手握绳结B，使杯在水平面内每秒运动一周，体会向心力的大小。 操作三：手握绳结A，使杯在水平面内每秒运动二周，体会向心力的大小。 操作四：手握绳结A，再向杯中添加30 mL的水，使杯在水平面内每秒运动一周，体会向心力的大小。 则：①操作二与一相比较：质量、角速度相同，向心力的大小与转动半径大小有关； 操作三与一相比较：质量、半径相