全優(yōu)課堂·物理·必修第二冊(cè)(人教版) 課件 第6章 2 第1課時(shí) 探究向心力F的大小與質(zhì)量

第六章圓周運(yùn)動(dòng)2向心力第1課時(shí)探究向心力F的大小與質(zhì)量m、角速度ω和半徑r的關(guān)系

1.理解向心力的概念，知道向心力的方向和作用效果．2.學(xué)會(huì)探究向心力大小的方法．課前·自主預(yù)習(xí)1．定義做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體所受的合力總指向_______，這個(gè)指向圓心的力叫作________．2．方向始終沿半徑的方向指向________．向心力圓心向心力圓心3．效果只改變____________，向心力是根據(jù)______________命名的．4．來(lái)源由________或者_(dá)_____________提供，還可以由某個(gè)力的分力來(lái)提供．速度的方向力的作用效果某個(gè)力幾個(gè)力的合力如圖所示，轉(zhuǎn)動(dòng)手柄1，可使變速塔輪2和3以及長(zhǎng)槽4和短槽5隨之勻速轉(zhuǎn)動(dòng)．皮帶分別套在塔輪2和3上的不同圓盤(pán)上，可使兩個(gè)槽內(nèi)的小球分別以幾種不同的角速度做勻速圓周運(yùn)動(dòng)．小球做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力由橫臂6的擋板對(duì)小球的壓力提供，球?qū)醢宓姆醋饔昧?，通過(guò)橫臂的杠桿使彈簧測(cè)力套筒7下降，從而露出標(biāo)尺8，標(biāo)尺8上露出的紅白相間等分格子的多少可以顯示出兩個(gè)球所受向心力的大?。蛐牧ρ菔酒?1)保持ω和r相同，研究小球做圓周運(yùn)動(dòng)所需向心力F與質(zhì)量m之間的關(guān)系(如圖甲所示)，記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)．實(shí)驗(yàn)方法(2)保持m和r相同，研究小球做圓周運(yùn)動(dòng)所需向心力F與角速度ω之間的關(guān)系(如圖乙所示)，記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)．(3)保持ω和m相同，研究小球做圓周運(yùn)動(dòng)所需向心力F與半徑r之間的關(guān)系(如圖丙所示)，記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)．實(shí)驗(yàn)結(jié)果課堂·重難探究例1

(2023年江門(mén)名校月考)用如圖所示的裝置可以探究做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體需要的向心力的大小與哪些因素有關(guān)．實(shí)驗(yàn)：探究向心力大小的影響因素(1)本實(shí)驗(yàn)采用的科學(xué)方法是________．A．控制變量法 B．累積法C．微元法 D．放大法(2)在研究向心力大小F與質(zhì)量m關(guān)系時(shí)，要保持________相同．A．ω

和r

B．ω和mC．m和r

D．m和F(3)如圖所示，如果兩個(gè)鋼球質(zhì)量和距離轉(zhuǎn)軸的半徑相等，則是在探究向心力F的大小與________的關(guān)系．A．質(zhì)量m

B．半徑rC．角速度ω

D．線速度v【答案】(1)A

(2)A

(3)C【解析】(2)根據(jù)F＝mω2r可知在研究向心力的大小F與質(zhì)量m關(guān)系時(shí)，要保持ω

和r相同，故選A.(3)兩邊圓盤(pán)是通過(guò)皮帶連起來(lái)的，邊緣線速度相等，但是兩個(gè)輪半徑不等，導(dǎo)致兩個(gè)輪的角速度ω不等，鋼球質(zhì)量m相等，同時(shí)兩個(gè)小球繞軸做圓周運(yùn)動(dòng)的半徑r

是相同的，根據(jù)公式F＝mω2r

來(lái)研究向心力與角速度ω

之間的關(guān)系，故選C.變式1

(2024年廣州實(shí)驗(yàn)外語(yǔ)學(xué)校期中)用如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置探究向心力的大小F與質(zhì)量

m、角速度ω和半徑r之間的關(guān)系．轉(zhuǎn)動(dòng)手柄1使長(zhǎng)槽4和短槽5分別隨變速塔輪2、3勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，槽內(nèi)的球就做勻速圓周運(yùn)動(dòng)．橫臂6的擋板對(duì)球的壓力提供了向心力，球?qū)醢宓姆醋饔昧νㄟ^(guò)橫臂的杠桿作用使彈簧測(cè)力筒7下降，從而露出標(biāo)尺8，標(biāo)尺上的紅白相間的等分格顯示出兩個(gè)小球所受向心力的比值．(1)把兩個(gè)質(zhì)量相同的小球分別放在長(zhǎng)槽和短槽內(nèi)，使它們的轉(zhuǎn)動(dòng)半徑相同，將塔輪上的皮帶分別置于第一層和第三層，勻速轉(zhuǎn)動(dòng)手柄，可以探究__________(填字母代號(hào))；A．向心力的大小與質(zhì)量的關(guān)系B．向心力的大小與半徑的關(guān)系C．向心力的大小與角速度的關(guān)系(2)某次實(shí)驗(yàn)中把兩個(gè)大小相同的鋼球和鋁球(鋼球質(zhì)量更大)分別放在長(zhǎng)槽和短槽如圖中所示位置，皮帶所在左、右塔輪的半徑相等．在逐漸加速轉(zhuǎn)動(dòng)手柄過(guò)程中，觀察左、右標(biāo)尺露出紅白等分標(biāo)記長(zhǎng)度，發(fā)現(xiàn)露出的長(zhǎng)度之比會(huì)__________(填“變大”“不變”“變小”或“無(wú)法確定”).【答案】(1)C

(2)不變【解析】(1)兩個(gè)小球質(zhì)量相同，它們的轉(zhuǎn)動(dòng)半徑相同，將塔輪上的皮帶分別置于第一層、第二層和第三層，勻速轉(zhuǎn)動(dòng)手柄，從而改變小球的轉(zhuǎn)動(dòng)角速度，這可以探究向心力的大小與角速度的關(guān)系，故選C.小練·隨堂鞏固1．如圖實(shí)驗(yàn)中，小明同學(xué)把兩個(gè)完全相同的小球分別放在A、C位置，將皮帶調(diào)至塔輪的某一層上．勻速轉(zhuǎn)動(dòng)手柄時(shí)，左邊標(biāo)尺露出4個(gè)分格，右邊標(biāo)尺露出1個(gè)分格，則 (

)A．A、C位置處的小球轉(zhuǎn)動(dòng)所需的向心力之比為1∶4B．此實(shí)驗(yàn)是為了探究向心力大小的表達(dá)式C．在該實(shí)驗(yàn)中，主要利用了理想實(shí)驗(yàn)法D．塔輪的邊緣角速度一定相等【答案】B【解析】小球轉(zhuǎn)動(dòng)所需的向心力之比等于標(biāo)尺露出的格數(shù)之比，則A、C位置處的小球轉(zhuǎn)動(dòng)所需的向心力之比為4∶1，A錯(cuò)誤；此實(shí)驗(yàn)利用控制變量法．探究向心力大小與半徑、角速度、質(zhì)量的關(guān)系，即探究向心力大小的表達(dá)式，B正確，C錯(cuò)誤；塔輪的邊緣是用皮帶傳動(dòng)，線速度一定相等，由于半徑不一定相同，則角速度不一定相等，D錯(cuò)誤．2．如圖甲是“探究向心力大小”實(shí)驗(yàn)時(shí)的照片，圖乙是傳動(dòng)部分示意圖，左側(cè)自上而下三輪的半徑分別為1.5r、2.4r、3r，右側(cè)自上而下三輪的半徑分別為1.5r、1.2r、r.現(xiàn)將皮帶安裝在兩側(cè)第二個(gè)輪上，A、B是左側(cè)第二個(gè)輪邊緣上的兩點(diǎn)，C是右側(cè)最上面輪邊緣上的點(diǎn)，則

(

)A．本實(shí)驗(yàn)采用了等效替代的科學(xué)方法B．圖甲中兩球質(zhì)量相同，此時(shí)可探究“向心力大小與運(yùn)動(dòng)半徑的關(guān)系”C．圖乙中A、B兩點(diǎn)的線速度相同D．圖乙中、C兩點(diǎn)向心加速度大小之比為2∶5【答案】D【解析】本實(shí)驗(yàn)采用的是控制變量法，A錯(cuò)誤；圖甲中兩球質(zhì)量相同，運(yùn)動(dòng)半徑相同，可探究向心力與角速度的關(guān)系，B錯(cuò)誤；圖乙中A、B兩點(diǎn)的線速度大小相等，方向不同，C錯(cuò)誤；因?yàn)槠О惭b在兩側(cè)第二個(gè)輪上，故安裝皮帶的兩側(cè)輪子的線速度相等，而右側(cè)自上而下三輪的角速度相等，利用向心加速的公式可得，圖乙中A、C兩點(diǎn)向心加速度大小之比為2∶5,D正確．3．向心力演示器結(jié)構(gòu)如圖所示．長(zhǎng)槽3上的兩個(gè)擋板A、B距轉(zhuǎn)軸水平距離分別為r和2r，短槽4上擋板C距轉(zhuǎn)軸水平距離為r.通過(guò)調(diào)整塔輪上的皮帶，可以使其套到半徑大小不同的塔輪1和2上，以改變長(zhǎng)短槽旋轉(zhuǎn)角速度之比．實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，忽略小球半徑的影響．(1)若要探究向心力大小與小球角速度的關(guān)系，需選擇兩個(gè)質(zhì)量________(填“相等”或“不相等”)的小球，分別放在位置C和位置________(填“A”或“B”).(2)某同學(xué)通過(guò)實(shí)驗(yàn)得到如下表格中的數(shù)據(jù)：實(shí)驗(yàn)次數(shù)小球質(zhì)量之比半徑之比角速度之比向心力大小之比F(標(biāo)尺格子數(shù))11∶11∶11∶11∶121∶11∶11∶21∶431∶11∶11∶31∶9根據(jù)表格中的數(shù)據(jù)可以得到的結(jié)論是_________________________________________________________________________________.【答案】(1)相等A

(2)當(dāng)質(zhì)量和轉(zhuǎn)動(dòng)半徑不變時(shí)，

向心力大小跟角速度的二次方成正比【解析】(1)要探究向心力大小與小球角速度的關(guān)系，應(yīng)該控制小球的質(zhì)量和轉(zhuǎn)動(dòng)半徑－定．則需選擇兩個(gè)質(zhì)量相等的小球，分別放在位置C和位置A.(2)通過(guò)數(shù)據(jù)分析可知，質(zhì)量和轉(zhuǎn)動(dòng)半徑相等時(shí)，角速度增大2倍，則所受到的向心力增大4倍，角速度增大3倍．則所受到的向心力增大9倍，即當(dāng)質(zhì)量和轉(zhuǎn)動(dòng)半徑不變時(shí)，向心力大小跟角速度的二次方成正比．4．(2023年浙江卷)“探究向心力大小的表達(dá)式”實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示．(1)此裝置采用的實(shí)驗(yàn)方法是________．A．控制變量法B．等效法C．模擬法(2)小球質(zhì)量和轉(zhuǎn)動(dòng)半徑相同的情況下，逐漸加速轉(zhuǎn)動(dòng)手柄到一定速度后保持勻速轉(zhuǎn)動(dòng)．此時(shí)左、右標(biāo)尺露出的紅白相間等分標(biāo)記的比值等于兩小球的________(填“線速度大小