第3章 第2节 第2课时 实验：探究影响向心力大小的因素-【新课程学案】2026-2027学年高中物理必修第二册教师用书word（鲁科版 福建专版）

第2课时 实验：探究影响向心力大小的因素

 (实验课基于经典科学探究)

 

一、实验装置

二、实验原理

如图所示，匀速转动手柄，可使塔轮、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。挡板对小球的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测力套筒的弹簧，压缩量可从标尺上读出，该读数即显示了向心力的大小。

 

一、实验步骤 　

1.测量质量：分别用天平测量各小球的质量，并做标记。

2.调节两轮角速度：用皮带连接两半径相同的塔轮，以确保运动过程中角速度不变。

3.释放小球：将两质量不相等的小球分别放于长槽和短槽上，调整小球的位置，使两球的转动半径相同。

4.收集数据：转动手柄，观测向心力的大小和质量的关系。

5.改变转动半径：换成两质量相同的小球，分别放于长槽和短槽上，增大长槽上小球的转动半径。转动手柄，观察向心力的大小和半径的关系。

6.改变小球的角速度：将质量相同的两小球分别置于长槽和短槽上，确保两小球转动半径相同，改变皮带连接的两个塔轮，根据两个塔轮半径关系求解小球做圆周运动的角速度关系。

二、数据处理 　

1.列F、m数据收集表格

把不同质量的小球放在长槽和短槽内，确保小球的转动半径和角速度相同，把小球的向心力和质量填在表中。

 

2.作F-m图像的方法

以F为纵坐标、m为横坐标，根据数据作F-m图像，用曲线拟合测量点，找出规律，分析F与m的关系。

3.列F、r数据收集表格

把相同质量的小球分别放在长槽和短槽内，在相同角速度下，将不同转动半径下的向心力填在表中。

 

4.作F-r图像的方法

以F为纵坐标、r为横坐标，根据数据作F-r图像，用曲线拟合测量点，找出规律，分析F与r的关系。

5.列F、ω数据收集表格

把相同质量的小球分别放在长槽和短槽内，使两小球的转动半径相等，将不同角速度下的向心力填在表中。

6.作F-ω2图像的方法

以F为纵坐标、ω2为横坐标，根据数据作F-ω2图像，用曲线拟合测量点，找出规律，分析F与ω2的关系。

7.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。

三、误差分析 　

1.测量、操作带来的偶然误差

(1)质量测量误差。

(2)半径读数误差。

(3)向心力读数误差。

2.仪器本身带来的系统误差

(1)天平调零误差。

(2)向心力演示器的手柄转动误差(不能保证匀速转动)。

[关键点反思]

1.本实验中怎样保证小球做匀速圆周运动?

提示：摇动手柄时应力求缓慢加速，注意观察其中一个塔轮标尺露出的等分格的格数，达到预定格数时，即保持手柄均匀转动，以此确保小球做匀速圆周运动。