第3章 第2节　第1课时　探究影响向心力大小的因素（课件 学案）高中物理 鲁科版（2019）必修 第二册

第2节　科学探究：向心力 第1课时　探究影响向心力大小的因素 一、向心力 1.定义 做圆周运动的物体一定受到指向圆心的力的作用，这个力称为向心力。 2.方向 始终指向圆心，总是与运动方向垂直。 3.作用效果 向心力只改变速度方向，不改变速度大小。 4.来源 向心力可能是弹力、重力、摩擦力，也可能是某几个力的合力或某一个力的分力。 二、探究影响向心力大小的因素 1.实验目的：探究做圆周运动的物体所需要的向心力F与其质量m、转动半径r和转动角速度ω之间的关系。 2.实验器材：向心力演示器、小球等。 3.实验原理与设计 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。 4.实验步骤 （1）把两个质量不同的小球分别放在长槽和短槽上，调整塔轮上的皮带和小球位置，使两球的转动半径和角速度都相同。转动手柄，观察向心力的大小与质量的关系。 （2）换两个质量相同的小球，使两球的角速度相同。增大小球转动半径，使两球转动半径不同。观察两球的转动半径不同时，向心力的大小与半径的关系。 （3）调整塔轮上的皮带，使两球角速度不同，探究质量相同、半径相同情况下，向心力与角速度的关系。 5.实验结论 小球做匀速圆周运动所需向心力的大小，在半径和角速度一定时，质量越大，向心力越大；在质量和半径一定时，角速度越大，向心力越大；在质量和角速度一定时，半径越大，向心力越大。 6.向心力的表达式 F＝mrω2或者F＝m。 题型一　定性探究影响向心力大小的因素 【典例1】　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 （2）如图乙所示，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，另一位同学操作。 操作一：手握绳结A，使杯在水平面内每秒运动一周，体会向心力的大小。 操作二：手握绳结B，使杯在水平面内每秒运动一周，体会向心力的大小。 操作三：手握绳结A，使杯在水平面内每秒运动二周，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，使杯在水平面内每秒运动一周，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； ③小组总结阶段，在空中甩动，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，而是背离圆心的力，跟书上说的不一样”，请判断该同学的说法是否正确，并说明原因：　　　　　　　　　　　　　　　。 尝试解答 题型二　定量探究影响向心力大小的因素 【典例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）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 （2）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 ... ...