6.2.2 实验：探究向心力大小的表达式—人教版（2019） 高中物理必修第二册学案
文档属性
| 名称 | 6.2.2 实验：探究向心力大小的表达式—人教版（2019） 高中物理必修第二册学案 |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 289.0KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2020-05-23 09:18:35 | ||
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文档简介
高一 必修二 物理导学案
课题：6.2.2 实验：探究向心力大小的表达式
一、学习目标
1、体验向心力的存在，会分析向心力的来源。
2、实验探究影响向心力大小的相关因素，知道向心力大小的表达式
二、设计实验，进行验证。
1、实验仪器：
2、实验原理：控制变量法。
3、实验设计：
(1)定性感知实验设计思路:如图所示,细线穿在圆珠笔的杆中,一端拴住小物体,另一端用一只手牵住,另一只手抓住圆珠笔杆并用力转动,使小物体做圆周运动,可近似地认为作用在小物体上的细线的拉力提供了圆周运动所需的_______,而细线的拉力可用牵住细线的手的感觉来判断。
(2)定量分析实验设计思路：
①控制小球质量和半径不变,探究向心加速度与_______的关系。
②控制小球质量和角速度不变,探究向心加速度与_____的关系。
③控制小球半径和角速度不变,探究向心加速度与_____的关系。
4、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大小。
(1)把两个质量相同的小球放在长槽和短槽上，使它们的转动半径相同。调整塔轮上的皮带，使两个小球的角速度不一样。探究向心力的大小与角速度的关系。
(2)保持两个小球质量不变，增大长槽上小球的转动半径。调整塔轮上的皮带，使两个小球的角速度相同。探究向心力的大小与半径的关系。
(3)换成质量不同的小球，分别使两小球的转动半径相同。调整塔轮上的皮带，使两个小球的角速度也相同。探究向心力的大小与质量的关系。
(4)重复几次以上实验。
5、数据处理
(1)m、r一定
(2)m、ω一定
(3)r、ω一定
(4)分别作出F向?ω2、F向?r、F向?m的图像。
(5)实验结论：
①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。
②在质量和角速度一定的情况下，向心力的大小与半径成正比。
③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。
典例1、影响向心力大小的因素的定性分析
如图所示,同学们分小组探究影响向心力大小的因素。同学们用细绳系一纸杯(杯中有30 mL的水)在空中甩动,使杯在水平面内做圆周运动,来感受向心力。
(1)则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)如图甲,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记时,另一位同学操作,其余同学记录实验数据:
操作一:手握绳结A,使杯在水平方向每秒运动一周,体会向心力的大小。
操作二:手握绳结B,使杯在水平方向每秒运动一周,体会向心力的大小。
操作三:手握绳结A,使杯在水平方向每秒运动二周,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,使杯在水平方向每秒运动一周,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、半径相同,向心力的大小与角速度的大小有关;
操作四与一相比较:____________相同,向心力大小与____________有关; ?
②物理学中此种实验方法叫______________法。?
③小组总结阶段,在空中甩动纸杯,使杯在水平面内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离心力,跟书上说的不一样”你认为该同学的说法是否正确,为什么? _________________。?
答案:(1)B、D (2)①角速度(线速度)、半径 质量 ②控制变量
③说法不对,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,细线的拉力提供纸杯做圆周运动的向心力指向圆心。细线对手的拉力与“向心力”大小相等,方向相反,背离圆心
典例2、影响向心力大小因素的定量分析
控制变量法是物理实验探究的基本方法之一。如图是用控制变量法探究向心力大小与质量m、角速度ω和半径r之间关系的实验情境图,其中:
(1)探究向心力大小与质量m之间关系的是图____________;?
(2)探究向心力大小与角速度ω之间关系的是图____________。
答案:(1)丙 (2)甲
课后作业：
1、如图所示是用以说明向心力和质量、半径之间关系的仪器,球P和Q可以在光滑杆上无摩擦地滑动,两球之间用一条轻绳连接,mP=2mQ,当整个装置以角速度ω匀速旋转时,两球离转轴的距离保持不变,则此时 ( A )
A.两球受到的向心力大小相等 B.P球受到的向心力大于Q球受到的向心力
C.两球均受到重力、支持力和向心力三个力的作用 D.当ω增大时,Q球将沿杆向外运动
2、如图所示,在验证向心力公式的实验中,质量相同的钢球①、②分别放在转盘A、B上,它们到所在转盘转轴的距离之比为2∶1。a、b分别是与A盘、B盘同轴的轮。a、b的轮半径之比为1∶2,用皮带连接a、b两轮转动时,钢球①、②所受的向心力之比为 ( A )
A.8∶1 B.4∶1 C.2∶1 D.1∶2
3、用如图所示的装置来探究小球做圆周运动所需向心力的大小F与质量m、角速度ω和半径r之间的关系。两个变速轮塔通过皮带连接,转动手柄使长槽和短槽分别随变速轮塔匀速转动,槽内的钢球就做匀速圆周运动。横臂的挡板对钢球的压力提供向心力,钢球对挡板的反作用力通过横臂的杠杆作用使弹簧测力筒下降,从而露出标尺,标尺上的红白相间的等分格显示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。
(1)在研究向心力的大小F与质量m关系时,要保持____________相同。?
A.ω和r B.ω和m C.m和r D.m和F
(2)如图中所示,两个钢球质量和半径相等,则是在研究向心力的大小F与____________的关系。?
A.质量m B.半径r C.角速度ω
(3)若图中标尺上红白相间的等分格显示出两个小球所受向心力的比值为1∶9,与皮带连接的两个变速轮塔的半径之比为____________。?
A.1∶3 B.3∶1 C.1∶9 D.9∶1
答案:(1)A (2)C (3)B
4、如图甲所示是某同学探究做圆周运动的物体质量、向心力、轨道半径及线速度关系的实验装置,做匀速圆周运动的圆柱体放置在水平光滑圆盘上,力传感器测量向心力F,速度传感器测量圆柱体的线速度v,该同学通过保持圆柱体质量和运动半径不变,来探究向心力F与线速度v的关系:
(1)该同学采用的实验方法为____________。 ?
A.等效替代法 B.控制变量法 C.理想化模型法 D.比值法
(2)改变线速度v,多次测量,该同学测出了五组F、v数据,如表所示:
v/(m·s-1) 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0
F/N 0.88 2.00 3.50 5.50 7.90
该同学对数据分析后,在图乙坐标纸上描出了五个点。
①作出F-v2图线;
②若圆柱体运动半径r=0.2 m,由作出的F-v2图线可得圆柱体的质量m=____________kg(保留两位有效数字)。?
【解析】(1)实验中研究向心力和线速度的关系,保持圆柱体质量和运动半径不变,采用的实验方法是控制变量法,所以B选项是正确的。
(2)①作出F-v2图线,如图所示:
②根据F=知,图线的斜率k=,则有:=,代入数据计算得出:m=0.18 kg。
答案:(1)B (2)①见解析图 ②0.18
课题：6.2.2 实验：探究向心力大小的表达式
一、学习目标
1、体验向心力的存在，会分析向心力的来源。
2、实验探究影响向心力大小的相关因素，知道向心力大小的表达式
二、设计实验，进行验证。
1、实验仪器：
2、实验原理：控制变量法。
3、实验设计：
(1)定性感知实验设计思路:如图所示,细线穿在圆珠笔的杆中,一端拴住小物体,另一端用一只手牵住,另一只手抓住圆珠笔杆并用力转动,使小物体做圆周运动,可近似地认为作用在小物体上的细线的拉力提供了圆周运动所需的_______,而细线的拉力可用牵住细线的手的感觉来判断。
(2)定量分析实验设计思路：
①控制小球质量和半径不变,探究向心加速度与_______的关系。
②控制小球质量和角速度不变,探究向心加速度与_____的关系。
③控制小球半径和角速度不变,探究向心加速度与_____的关系。
4、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大小。
(1)把两个质量相同的小球放在长槽和短槽上，使它们的转动半径相同。调整塔轮上的皮带，使两个小球的角速度不一样。探究向心力的大小与角速度的关系。
(2)保持两个小球质量不变，增大长槽上小球的转动半径。调整塔轮上的皮带，使两个小球的角速度相同。探究向心力的大小与半径的关系。
(3)换成质量不同的小球，分别使两小球的转动半径相同。调整塔轮上的皮带，使两个小球的角速度也相同。探究向心力的大小与质量的关系。
(4)重复几次以上实验。
5、数据处理
(1)m、r一定
(2)m、ω一定
(3)r、ω一定
(4)分别作出F向?ω2、F向?r、F向?m的图像。
(5)实验结论：
①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。
②在质量和角速度一定的情况下，向心力的大小与半径成正比。
③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。
典例1、影响向心力大小的因素的定性分析
如图所示,同学们分小组探究影响向心力大小的因素。同学们用细绳系一纸杯(杯中有30 mL的水)在空中甩动,使杯在水平面内做圆周运动,来感受向心力。
(1)则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)如图甲,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记时,另一位同学操作,其余同学记录实验数据:
操作一:手握绳结A,使杯在水平方向每秒运动一周,体会向心力的大小。
操作二:手握绳结B,使杯在水平方向每秒运动一周,体会向心力的大小。
操作三:手握绳结A,使杯在水平方向每秒运动二周,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,使杯在水平方向每秒运动一周,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、半径相同,向心力的大小与角速度的大小有关;
操作四与一相比较:____________相同,向心力大小与____________有关; ?
②物理学中此种实验方法叫______________法。?
③小组总结阶段,在空中甩动纸杯,使杯在水平面内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离心力,跟书上说的不一样”你认为该同学的说法是否正确,为什么? _________________。?
答案:(1)B、D (2)①角速度(线速度)、半径 质量 ②控制变量
③说法不对,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,细线的拉力提供纸杯做圆周运动的向心力指向圆心。细线对手的拉力与“向心力”大小相等,方向相反,背离圆心
典例2、影响向心力大小因素的定量分析
控制变量法是物理实验探究的基本方法之一。如图是用控制变量法探究向心力大小与质量m、角速度ω和半径r之间关系的实验情境图,其中:
(1)探究向心力大小与质量m之间关系的是图____________;?
(2)探究向心力大小与角速度ω之间关系的是图____________。
答案:(1)丙 (2)甲
课后作业：
1、如图所示是用以说明向心力和质量、半径之间关系的仪器,球P和Q可以在光滑杆上无摩擦地滑动,两球之间用一条轻绳连接,mP=2mQ,当整个装置以角速度ω匀速旋转时,两球离转轴的距离保持不变,则此时 ( A )
A.两球受到的向心力大小相等 B.P球受到的向心力大于Q球受到的向心力
C.两球均受到重力、支持力和向心力三个力的作用 D.当ω增大时,Q球将沿杆向外运动
2、如图所示,在验证向心力公式的实验中,质量相同的钢球①、②分别放在转盘A、B上,它们到所在转盘转轴的距离之比为2∶1。a、b分别是与A盘、B盘同轴的轮。a、b的轮半径之比为1∶2,用皮带连接a、b两轮转动时,钢球①、②所受的向心力之比为 ( A )
A.8∶1 B.4∶1 C.2∶1 D.1∶2
3、用如图所示的装置来探究小球做圆周运动所需向心力的大小F与质量m、角速度ω和半径r之间的关系。两个变速轮塔通过皮带连接,转动手柄使长槽和短槽分别随变速轮塔匀速转动,槽内的钢球就做匀速圆周运动。横臂的挡板对钢球的压力提供向心力,钢球对挡板的反作用力通过横臂的杠杆作用使弹簧测力筒下降,从而露出标尺,标尺上的红白相间的等分格显示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。
(1)在研究向心力的大小F与质量m关系时,要保持____________相同。?
A.ω和r B.ω和m C.m和r D.m和F
(2)如图中所示,两个钢球质量和半径相等,则是在研究向心力的大小F与____________的关系。?
A.质量m B.半径r C.角速度ω
(3)若图中标尺上红白相间的等分格显示出两个小球所受向心力的比值为1∶9,与皮带连接的两个变速轮塔的半径之比为____________。?
A.1∶3 B.3∶1 C.1∶9 D.9∶1
答案:(1)A (2)C (3)B
4、如图甲所示是某同学探究做圆周运动的物体质量、向心力、轨道半径及线速度关系的实验装置,做匀速圆周运动的圆柱体放置在水平光滑圆盘上,力传感器测量向心力F,速度传感器测量圆柱体的线速度v,该同学通过保持圆柱体质量和运动半径不变,来探究向心力F与线速度v的关系:
(1)该同学采用的实验方法为____________。 ?
A.等效替代法 B.控制变量法 C.理想化模型法 D.比值法
(2)改变线速度v,多次测量,该同学测出了五组F、v数据,如表所示:
v/(m·s-1) 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0
F/N 0.88 2.00 3.50 5.50 7.90
该同学对数据分析后,在图乙坐标纸上描出了五个点。
①作出F-v2图线;
②若圆柱体运动半径r=0.2 m,由作出的F-v2图线可得圆柱体的质量m=____________kg(保留两位有效数字)。?
【解析】(1)实验中研究向心力和线速度的关系,保持圆柱体质量和运动半径不变,采用的实验方法是控制变量法,所以B选项是正确的。
(2)①作出F-v2图线,如图所示:
②根据F=知,图线的斜率k=,则有:=,代入数据计算得出:m=0.18 kg。
答案:(1)B (2)①见解析图 ②0.18