江苏专版2023-2024学年新教材高中物理第六章圆周运动2向心力第2课时实验-探究向心力大小的表达式课件新人教版必修第二册

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向心力第2课时

实验：探究向心力大小的表达式1科学探究·实验过程全贯通2精准典题·实验考点全剖析3分层作业01科学探究·实验过程全贯通1.实验原理：向心力演示器如图所示，匀速转动手柄1，可以使变速塔轮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分别以几种不同的角速度做匀速圆周运动。小球做匀速圆周运动的向心力由横臂6的挡板对小球的压力提供，球对挡板的反作用力，通过横臂的杠杆作用使弹簧测力套筒7下降，从而露出标尺8。根据标尺8上露出的红白相间等分标记，可以粗略计算出两个球所受向心力的比值。2.实验步骤：匀速转动手柄，可以使塔轮、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。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的大小。（1）皮带套在塔轮2、3半径相同的圆盘上，小球转动半径和转动角速度相同时，探究向心力与小球质量的关系。（2）皮带套在塔轮2、3半径相同的圆盘上，小球转动角速度和质量相同时，探究向心力与转动半径的关系。（3）皮带套在塔轮2、3半径不同的圆盘上，小球质量和转动半径相同时，探究向心力与角速度的关系。（4）重复几次以上实验。3.实验记录与数据处理

序号123456

序号123456

序号123456

4.实验结论（1）在半径和角速度一定的情况下，向心力大小与质量成正比。（2）在质量和角速度一定的情况下，向心力大小与半径成正比。（3）在质量和半径一定的情况下，向心力大小与角速度的平方成正比。5.注意事项（1）摇动手柄时应力求缓慢加速，注意观察其中一个标尺的格数，达到预定格数时，即保持转速均匀恒定。（2）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。02精准典题·实验考点全剖析一、定性研究影响向心力大小的因素

（1）操作2与操作1中，体验到绳子拉力较大的是______；（2）操作3与操作1中，体验到绳子拉力较大的是______；（3）操作4与操作1中，体验到绳子拉力较大的是______；（4）总结以上四次体验性操作，可知物体做匀速圆周运动时，向心力大小与____________有关。A.半径

B.质量

C.周期

D.线速度的方向（5）实验中，人体验到的绳子的拉力______（选填“是”或“不是”）沙袋做圆周运动的向心力。（1）操作2与操作1中，体验到绳子拉力较大的是_______；操作2

（2）操作3与操作1中，体验到绳子拉力较大的是_______；操作3

（3）操作4与操作1中，体验到绳子拉力较大的是_______；操作4

（4）总结以上四次体验性操作，可知物体做匀速圆周运动时，向心力大小与______有关。ABCA.半径

B.质量

C.周期

D.线速度的方向[解析]

由以上四次操作，可知向心力的大小与质量、半径、角速度有关。故选A、B、C。（5）实验中，人体验到的绳子的拉力______（选填“是”或“不是”）沙袋做圆周运动的向心力。不是[解析]

沙袋做圆周运动的向心力由绳子对沙袋的拉力的水平分力提供，且作用在沙袋上，而人体验到的绳子的拉力作用在人上，不是同一个力。二、定量研究影响向心力大小的因素

槽内的小球分别以各自的角速度做匀速圆周运动，其向心力由挡板对小球的压力提供，球对挡板的反作用力，通过杠杆作用使弹簧测力套筒下降，从而露出标尺。根据标尺上露出的红白相间的等分标记，可以粗略计算出两个球所受向心力的比值。（1）下列实验的实验方法与本实验相同的是___。A.验证力的平行四边形定则B.验证牛顿第二定律C.伽利略对自由落体的研究B[解析]

本实验所用的研究方法是控制变量法，与验证牛顿第二定律的实验方法相同，故选B。

角速度的平方

（3）为了能探究向心力大小的各种影响因素，左、右两侧塔轮______（选填“需要”或“不需要”）设置半径相同的轮盘。需要[解析]

因为要研究角速度一定时向心力与质量或半径的关系，则左、右两侧塔轮需要设置半径相同的轮盘。（4）你认为以上实验中产生误差的原因有___________________________________________________________________________________（写出一条即可）。

小球转动半径引起的误差（或弹簧测力套筒的读数引起的误差或皮带打滑引起的误差等）[解析]

实验中产生误差的原因有：小球转动半径引起的误差；弹簧测力套筒的读数引起的误差；皮带打滑引起的误差等。

D

露出标尺。根据标尺上的等分标记，可以粗略计算出两个钢球所受向心力的比值。如图是探究过程中某次实验时装置的状态。

A

C

B

三、实验改进与创新典题4

[2023江苏苏州开学统测]如图甲所示为探究向心力与质量、半径、角速度关系的实验装置。金属块放置在转台凹槽中，电动机带动转台做圆周运动，可通过改变电动机的电压来控制转台的角速度。光电计时器可以采集转台转动时间的信息。已知金属块被约束在转台的径向凹槽中，只能沿半径方向移动，且可以忽略其与凹槽之间的摩擦力。

次数123450.701.351.902.423.102.34.66.68.310.7线性

（3）为了探究向心力与半径、质量的关系，还需要用到的实验器材有________、_______。刻度尺天平

03分层作业

的线速度大小之比为_____，受到的向心力大小之比为_

____。2.用如图所示的装置可以探究做匀速圆周运动的物体需要的向心力的大小与哪些因素有关。（1）本实验采用的科学方法是________。A.控制变量法

B.累积法

C.微元法

D.放大法（2）图示情景正在探究的是________。A.向心力的大小与半径的关系

B.向心力的大小与线速度大小的关系C.向心力的大小与角速度的关系

D.向心力的大小与物体质量的关系（3）通过本实验可以得到的结论是________。A.在质量和半径一定的情况下，向心力的大小与角速度的平方成正比B.在质量和半径一定的情况下，向心力的大小与线速度的大小成正比C.在半径和角速度一定的情况下，向心力的大小与质量成正比D.在质量和角速度一定的情况下，向心力的大小与半径成反比（1）本实验采用的科学方法是___。AA.控制变量法

B.累积法

C.微元法

D.放大法[解析]

在探究向心力的大小与哪些因素有关时，需控制其他量不变，只改变其中某一量，故采用的控制变量法，故选A。（2）图示情景正在探究的是___。DA.向心力的大小与半径的关系B.向心力的大小与线速度大小的关系C.向心力的大小与角速度的关系D.向心力的大小与物体质量的关系[解析]

由图示可知，半径、角速度不变，只改变质量，来探究的是向心力的大小与物体质量的关系，故选D。（3）通过本实验可以得到的结论是___。CA.在质量和半径一定的情况下，向心力的大小与角速度的平方成正比B.在质量和半径一定的情况下，向心力的大小与线速度的大小成正比C.在半径和角速度一定的情况下，向心力的大小与质量成正比D.在质量和角速度一定的情况下，向心力的大小与半径成反比

物体质量

转动半径

（3）对任一次断线过程进行分析。现象：并不是横杆一开始转动就断线，而是加速了一段时间之后线才断的。表明：在物体质量和半径一定的条件下，圆周运动所需向心力随____________的增大而增大。转动角速度[解析]

并不是横杆一开始转动就断线，而是加速了一段时间之后随着转动速度的增大线才断的，表明在物体质量和半径一定的条件下，圆周运动所需向心力随转动角速度的增大而增大。

（1）为算出小球做匀速圆周运动时所需向心力，下列物理量还应该测出的有________。

（3）当所测物理量满足________关系式时，则做匀速圆周运动的物体所受合力与所需向心力的“供”“需”平衡。（1）为算出小球做匀速圆周运动时所需向心力，下列物理量还应该测出的有______。ABD

等于

（3）当所测物理量满足_

__________关系式时，则做匀速圆周运动的物体所受合力与所需向心力的“供”“需”平衡。

5.[2022江苏泰兴期中]如图所示为某研学小组的同学们用圆锥摆验证向心力表达式的实验情景。

⑥用刻度尺测出轨迹的半径。（1）钢球做匀速圆周运动所受的向心力是________（选填选项前的字母）；A.钢球所受绳子的拉力B.钢球所受的重力C.钢球所受拉力和重力的合力

A.&1&

B.&2&

C.&3&

D.&4&

（1）钢球做匀速圆周运动所受的向心力是___（选填选项前的字母）；CA.钢球所受绳子的拉力B.钢球所受的重力C.钢球所受拉力和重力的合力[解析]

对钢球进行受力分析，钢球受到绳子的拉力和重力。钢球做匀速圆周运动，两者的合力提供向心力。

BA.&5&

B.&6&

C.&7&

D.&8&

序号123450.1240.1430.1620.1810.2002.04.05.88.010.1

11.50

序号12345