6.2.1 实验：探究向心力大小的表达式 课件 -2025-2026学年高一下学期物理人教版必修第二册

第六章圆周运动 实验：探究向心力大小的表达式 人教版高中物理必修第二册 1.课堂导入 2.教学目标 3.新知探究 4.课堂小结 目录 5.当堂检测 课堂导入 01 3 课堂导入 游乐场里有各种有趣的游戏项目。空中飞椅因其刺激性而深受很多年轻人的喜爱。 飞椅与人一起做匀速圆周运动的过程中，受到了哪些力？ 所受合力的方向有什么特点？ 02 教学目标 5 教学目标 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。 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。 2 1 6 03 新知探究 7 新知探究 如图所示，用细绳拉着质量为m的小球在光滑水平桌面上做匀速圆周运动。 (2)这些力的合力如何？合力的方向有何特点？ 答案　合力为绳的拉力，合力的方向始终指向圆心。 (1)小球受哪几个力的作用？ 答案　受到重力、水平桌面的支持力和绳的拉力三个力的作用。 G FT FN 新知探究 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。 (3)向心力是根据力的____________命名的，它是由_________或者_______________提供的。 (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______。 v Fn v Fn v Fn O 指向圆心 圆心 指向圆心 垂直 变 大小 方向 作用效果 某个力 几个力的合力 新知探究 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绳对沙袋的拉力。 (1)保持小沙袋转动的速度和绳的长度不变， 改变小沙袋的质量，感受向心力的变化。 质量越大，向心力越大 新知探究 新知探究 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绳对沙袋的拉力。 (2)保持绳的长度和小沙袋的质量不变，改变小沙袋转动的速度，感受向心力的变化。 速度越大，向心力越大 新知探究 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绳对沙袋的拉力。 (3)保持小沙袋的质量和小沙袋转动的速度（线速度）不变，改变绳的长度，感受向心力的变化。 绳长越短，向心力越大 新知探究 1.实验器材及原理 1 手柄 2 变速塔轮 3 变速塔轮 4 长槽 5 短槽 6 横臂 8 标尺 7 套筒 (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； 答案　变速塔轮2和3边缘线速度大小相等，两塔轮转动半径不同，则两塔轮角速度不同。根据v=ωr可得，角速度与半径成反比。 新知探究 (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？  答案　槽内小球角速度与对应塔轮角速度相同。 (3)小球做匀速圆周运动的向心力由谁提供？ 答案　横臂对小球的作用力提供了小球做匀速圆周运动的向心力。 1 手柄 2 变速塔轮 3 变速塔轮 4 长槽 5 短槽 6 横臂 8 标尺 7 套筒 新知探究 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：   ω1∶ω2 r1∶r2 m1∶m2 F1∶F2 实验一 1∶1 1∶1 1∶2 1∶2 实验结论：在ω、r不变的条件下，Fn ∝ ___。 m 新知探究 (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 ∝ ___。   ω1∶ω2 r1∶r2 m1∶m2 F1∶F2 实验二 1∶1 2∶1 1∶1 2∶1 r 新知探究 (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、轨道半径和角速度平方成正比。   ω1∶ω2 r1∶r2 m1∶m2 F1∶F2 实验三 1∶2 1∶1 1∶1 1∶4 实验四 1∶3 1∶1 1∶1 1∶9 ω2 新知探究 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.若用周期或转速表示，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=_____。 mω2r m()2r m(2πn)2r mωv 04 课堂小结 20 课堂小结 向心力 定义 特点 矢量，方向始终指向圆心 只改变线速度方向 效果力 影响因素 质量、速度、圆运动的半径 探究向心力表达式 实验器材 向心力演示仪 实验方法 控制变量法 实验步骤 控制变量探究F与m、r、ω的关系 实验结论 Fn=mω2r = = m()2r=m(2πn)2r 探究向心力 大小的表达式 05 当堂检测 22 当堂检测 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 √ 当堂检测 老鹰在水平面内盘旋做匀速圆周运动，受到重力和空气对它的作用力，合力提供向心力，向心力是效果力，不是老鹰另外受到的力，故B正确，A、C、D错误。 当堂检测 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 √ √ 甲 当堂检测 (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，另一位同学在水平桌面上操作 (杯和桌面摩擦较小，可认为是光滑)。 操作一：手握绳结A，使杯每秒运动一周，体会向心力的大小。 操作二：手握绳结B，使杯每秒运动一周，体会向心力的大小。 操作三：手握绳结A，使杯每秒运动两周，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，使杯每秒运动一周，体会向心力的大小。 当堂检测 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、半径相同，向心力的大小与角速度有关； 操作四与一相比较：_______________相同，向心力的大小与_____有关。  ②物理学中此种实验方法叫____________法。 角速度、半径 质量 控制变量 操作一：手握绳结A，使杯每秒运动一周，体会向心力的大小。 操作二：手握绳结B，使杯每秒运动一周，体会向心力的大小。 操作三：手握绳结A，使杯每秒运动两周，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，使杯每秒运动一周，体会向心力的大小。 ③小组总结阶段，手甩动，使杯做圆周运动的同学谈 感受时说：“感觉手腕发酸，感觉力的方向不是指向 圆心的向心力，而是背离圆心的力，跟书上说的不一样”，你认为该同学的说法是否正确，为什么？ ___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。  说法不正确。该同学受力分析的对象是自己的手，我们实验受力分析的对象是纸杯(包括水)，细绳对纸杯(包括水)的拉力提供纸杯(包括水)做圆周运动的向心力，指向圆心。细绳对手的拉力与细绳对纸杯(包括水)的拉力大小相等、方向相反，背离圆心 当堂检测 Lavf57.41.100 Lavf59.27.100 Lavf57.62.100 Lavf57.62.100 Lavf57.62.100 Lavf57.62.100 $