资源简介 (共30张PPT)二、 向心力导学1 向心力 实验:探究向心力大小的表达式圆周运动第六章 高中物理 必修二知 识 点 一知识点一 对向心力的理解1. 定义:做匀速圆周运动的物体所受的合力总指向_________,这个指向圆心的力就叫作向心力。 2. 方向:始终指向____________。 3. 表达式:Fn=____________=____________。 4. 向心力是根据力的____________来命名的。 圆心圆心mmω2r作用效果例1 (多选)关于匀速圆周运动的向心力,下列说法中正确的是( )A. 向心力是使物体做圆周运动的力,是根据力的作用效果命名的B. 向心力可以是多个力的合力,也可以是其中一个力或一个力的分力C. 对于稳定的圆周运动,向心力是一个恒力D. 向心力的效果是改变物体的线速度大小AB【解析】 向心力是物体做匀速圆周运动所需要的指向圆心的合力,它是根据力的作用效果命名的,A正确;向心力可以由一个力提供,也可以由几个力的合力提供,还可以由一个力的分力提供,B正确;向心力是指向圆心的合力,方向时刻改变,所以它不是一个恒力,C错误;由于向心力指向圆心,与线速度方向始终垂直,所以它的效果只是改变线速度方向,不会改变线速度大小,D错误。[要点总结]对向心力的理解要注意以下四点:(1)向心力的作用效果是只改变速度的方向,不改变速度的大小。(2)向心力不是作为具有某种性质的力来命名的,而是根据力的作用效果命名的,它可以由某个力或几个力的合力提供。(3)向心力的方向指向圆心,与线速度方向垂直,方向时刻在改变,故向心力为变力。(4)不是质点做圆周运动才产生向心力,而是向心力的存在使质点不断改变其速度方向而做圆周运动。知 识 点 二知识点二 实验:探究向心力大小的表达式(一) 实验思路如图所示,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。向心力演示器(二) 实验步骤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. 换成质量不同的两个小球,使两球的转动半径相同。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。(三) 数据处理1. m、r一定:序号 1 2 3 4 5 6F向 ω ω2 2. m、ω一定:序号 1 2 3 4 5 6F向 r 3. r、ω一定:序号 1 2 3 4 5 6F向 m 4. 分别作出F向-ω2、F向-r、F向-m的图像。(四) 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二次方成正比。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。(五) 误差分析造成误差的原因有:摩擦力的影响,弹簧测力套筒的弹簧已经被损坏,皮带太松、打滑等等。(六) 注意事项1. 使用向心力演示器时应注意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。2. 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。例2 [2024·福建福州一中月考]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A(2)图示情景探究的是____________。 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大小的关系D. 向心力的大小与物体质量的关系C(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C【解析】 (1)在这个装置中,通过控制半径、角速度和质量中的两个量,从而探究向心力与第三个量之间的关系,故采用的是控制变量法,A正确。(2)图示情景中控制了半径、物体质量不变,只改变角速度,这是在探究向心力与角速度大小的关系,C正确。(3)通过控制变量法,得到的结论为: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,C正确。[要点总结]在该实验中,采用控制变量法探究向心力与质量、角速度、半径的定量关系,在质量和半径一定的情况下,探究出向心力的大小与角速度的二次方成正比;在质量和角速度一定的情况下,探究出向心力的大小与半径成正比;在半径和角速度一定的情况下,探究出向心力的大小与质量成正比。随 堂 检 测1. 下列关于向心力的说法,正确的是( )A. 物体由于做圆周运动而产生了向心力B. 向心力就是物体受到的合力C. 做匀速圆周运动的物体其向心力是不变的D. 向心力改变做圆周运动的物体的速度方向【解析】 物体做圆周运动就需要有向心力,向心力是由外界提供的,不是由物体本身产生的,A错误;匀速圆周运动中由合力提供向心力,变速圆周运动中合力与向心力是不同的,B错误;向心力始终指向圆心,方向时刻在改变,即向心力是变化的,C错误;向心力的方向与速度方向垂直,不改变速度的大小,只改变速度的方向,D正确。D2. 如图所示,一个圆盘可绕一个通过圆心且垂直于盘面的竖直轴转动,在圆盘上放一橡皮块,橡皮块随圆盘一起转动(俯视为逆时针)。某段时间内圆盘转速不断增大,但橡皮块仍相对圆盘静止,在这段时间内,下列关于橡皮块所受摩擦力Ff的方向的四种表示(俯视图)中,正确的是( )A. B. C. D.C【解析】 因为圆盘转速不断增大,所以橡皮块将随圆盘一起做加速圆周运动,此时摩擦力Ff既要提供指向圆心的向心力,又要提供与运动方向相同的切向力,所以合力方向应该在轨道内侧且与速度成锐角,C正确。3. 如图甲所示为向心力演示仪,可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。长槽的A、B处和短槽的C处分别到各自转轴中心距离之比为1∶2∶1,变速塔轮自上而下有三种组合方式,左右每层半径之比由上至下分别为1∶1、2∶1和3∶1,如图乙所示。甲 乙(1)本实验的目的是探究向心力的大小与小球质量m、角速度ω和半径r之间的关系,下列实验中,采用的实验方法与本实验相同的是( )A. 探究两个互成角度的力的合成规律B. 探究平抛运动的特点C. 探究加速度与物体受力、物体质量的关系C(2)在某次实验中,把两个质量相等的钢球放在A、C位置,传动皮带位于第三层,转动手柄,则当塔轮匀速转动时,左右两标尺露出的格子数之比约为____________。 1∶9(3)在记录两个标尺露出的格数时,同学们发现要同时记录两边的格数且格数不是很稳定,不便于读取,于是有同学提出用手机拍照后再通过照片读出两边标尺露出的格数。下列对该同学提出的建议中,你认为正确的是____________。 A. 该方法可行,但仍需要匀速转动手柄B. 该方法可行,且不需要匀速转动手柄C. 该方法不可行,因不能确定拍照时露出的格数是否已稳定B【解析】 (1)在该实验中,通过控制质量、半径、角速度中两个物理量相同,探究向心力与另外一个物理量之间的关系,采用的科学方法是控制变量法。探究两个互成角度的力的合成规律应用了等效替代法,A错误;探究平抛运动的特点,例如两球同时落地,两球在竖直方向上的运动效果相同,应用了等效思想,B错误;探究加速度与物体受力、物体质量的关系,应用了控制变量法,C正确。(2)两小球的质量相等,做匀速圆周运动的半径也相同。当传动皮带位于第三层,变速塔轮边缘处的线速度大小相等,根据v=ωr可知在A和C位置的小球做匀速圆周运动的角速度之比为1∶3,由向心力公式Fn=mω2r可知在A和C位置的小球做匀速圆周运动所需的向心力大小之比为1∶9,所以当塔轮匀速转动时,左右两标尺露出的格子数之比约为1∶9。(3)该方法可行,用手机拍照后再通过照片读出两边标尺露出的格数,这样可以准确读出某一时刻两边标尺露出的格数,并通过格数得出向心力与角速度的关系,手柄转速变化时,两边标尺露出的格数同时变化,仍可通过格数得出向心力与角速度的关系,不需要匀速转动手柄,B正确。6.2 导学1 向心力 实验:探究向心力大小的表达式知识点一 对向心力的理解1. 定义:做匀速圆周运动的物体所受的合力总指向 ,这个指向圆心的力就叫作向心力。 2. 方向:始终指向 。 3. 表达式:Fn= = 。 4. 向心力是根据力的 来命名的。 例1 (多选)关于匀速圆周运动的向心力,下列说法中正确的是( )A. 向心力是使物体做圆周运动的力,是根据力的作用效果命名的B. 向心力可以是多个力的合力,也可以是其中一个力或一个力的分力C. 对于稳定的圆周运动,向心力是一个恒力D. 向心力的效果是改变物体的线速度大小[要点总结]对向心力的理解要注意以下四点:(1)向心力的作用效果是只改变速度的方向,不改变速度的大小。(2)向心力不是作为具有某种性质的力来命名的,而是根据力的作用效果命名的,它可以由某个力或几个力的合力提供。(3)向心力的方向指向圆心,与线速度方向垂直,方向时刻在改变,故向心力为变力。(4)不是质点做圆周运动才产生向心力,而是向心力的存在使质点不断改变其速度方向而做圆周运动。知识点二 实验:探究向心力大小的表达式(一) 实验思路如图所示,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。向心力演示器同时,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。(二) 实验步骤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. 换成质量不同的两个小球,使两球的转动半径相同。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。(三) 数据处理1. m、r一定:序号 1 2 3 4 5 6F向ωω22. m、ω一定:序号 1 2 3 4 5 6F向r3. r、ω一定:序号 1 2 3 4 5 6F向m4. 分别作出F向-ω2、F向-r、F向-m的图像。(四) 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二次方成正比。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。(五) 误差分析造成误差的原因有:摩擦力的影响,弹簧测力套筒的弹簧已经被损坏,皮带太松、打滑等等。(六) 注意事项1. 使用向心力演示器时应注意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。2. 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。例2 [2024·福建福州一中月考]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大小的关系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[要点总结]在该实验中,采用控制变量法探究向心力与质量、角速度、半径的定量关系,在质量和半径一定的情况下,探究出向心力的大小与角速度的二次方成正比;在质量和角速度一定的情况下,探究出向心力的大小与半径成正比;在半径和角速度一定的情况下,探究出向心力的大小与质量成正比。 随堂检测 1. 下列关于向心力的说法,正确的是( )A. 物体由于做圆周运动而产生了向心力B. 向心力就是物体受到的合力C. 做匀速圆周运动的物体其向心力是不变的D. 向心力改变做圆周运动的物体的速度方向2. 如图所示,一个圆盘可绕一个通过圆心且垂直于盘面的竖直轴转动,在圆盘上放一橡皮块,橡皮块随圆盘一起转动(俯视为逆时针)。某段时间内圆盘转速不断增大,但橡皮块仍相对圆盘静止,在这段时间内,下列关于橡皮块所受摩擦力Ff的方向的四种表示(俯视图)中,正确的是( )第2题图A. B.C. D.3. 如图甲所示为向心力演示仪,可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。长槽的A、B处和短槽的C处分别到各自转轴中心距离之比为1∶2∶1,变速塔轮自上而下有三种组合方式,左右每层半径之比由上至下分别为1∶1、2∶1和3∶1,如图乙所示。甲乙第3题图(1)本实验的目的是探究向心力的大小与小球质量m、角速度ω和半径r之间的关系,下列实验中,采用的实验方法与本实验相同的是( )A. 探究两个互成角度的力的合成规律B. 探究平抛运动的特点C. 探究加速度与物体受力、物体质量的关系(2)在某次实验中,把两个质量相等的钢球放在A、C位置,传动皮带位于第三层,转动手柄,则当塔轮匀速转动时,左右两标尺露出的格子数之比约为 。 (3)在记录两个标尺露出的格数时,同学们发现要同时记录两边的格数且格数不是很稳定,不便于读取,于是有同学提出用手机拍照后再通过照片读出两边标尺露出的格数。下列对该同学提出的建议中,你认为正确的是 。 A. 该方法可行,但仍需要匀速转动手柄B. 该方法可行,且不需要匀速转动手柄C. 该方法不可行,因不能确定拍照时露出的格数是否已稳定6.2 导学1 向心力 实验:探究向心力大小的表达式知识点一 对向心力的理解1. 定义:做匀速圆周运动的物体所受的合力总指向 圆心 ,这个指向圆心的力就叫作向心力。 2. 方向:始终指向 圆心 。 3. 表达式:Fn= m = mω2r 。 4. 向心力是根据力的 作用效果 来命名的。 例1 (多选)关于匀速圆周运动的向心力,下列说法中正确的是( AB )A. 向心力是使物体做圆周运动的力,是根据力的作用效果命名的B. 向心力可以是多个力的合力,也可以是其中一个力或一个力的分力C. 对于稳定的圆周运动,向心力是一个恒力D. 向心力的效果是改变物体的线速度大小【解析】 向心力是物体做匀速圆周运动所需要的指向圆心的合力,它是根据力的作用效果命名的,A正确;向心力可以由一个力提供,也可以由几个力的合力提供,还可以由一个力的分力提供,B正确;向心力是指向圆心的合力,方向时刻改变,所以它不是一个恒力,C错误;由于向心力指向圆心,与线速度方向始终垂直,所以它的效果只是改变线速度方向,不会改变线速度大小,D错误。[要点总结]对向心力的理解要注意以下四点:(1)向心力的作用效果是只改变速度的方向,不改变速度的大小。(2)向心力不是作为具有某种性质的力来命名的,而是根据力的作用效果命名的,它可以由某个力或几个力的合力提供。(3)向心力的方向指向圆心,与线速度方向垂直,方向时刻在改变,故向心力为变力。(4)不是质点做圆周运动才产生向心力,而是向心力的存在使质点不断改变其速度方向而做圆周运动。知识点二 实验:探究向心力大小的表达式(一) 实验思路如图所示,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。向心力演示器同时,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。(二) 实验步骤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. 换成质量不同的两个小球,使两球的转动半径相同。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。(三) 数据处理1. m、r一定:序号 1 2 3 4 5 6F向ωω22. m、ω一定:序号 1 2 3 4 5 6F向r3. r、ω一定:序号 1 2 3 4 5 6F向m4. 分别作出F向-ω2、F向-r、F向-m的图像。(四) 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二次方成正比。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。(五) 误差分析造成误差的原因有:摩擦力的影响,弹簧测力套筒的弹簧已经被损坏,皮带太松、打滑等等。(六) 注意事项1. 使用向心力演示器时应注意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。2. 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。例2 [2024·福建福州一中月考]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 。 A. 控制变量法B. 累积法C. 微元法D. 放大法(2)图示情景探究的是 C 。 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大小的关系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 C 。 A. 在质量和半径一定的情况下,向心力的大小与角速度成正比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【解析】 (1)在这个装置中,通过控制半径、角速度和质量中的两个量,从而探究向心力与第三个量之间的关系,故采用的是控制变量法,A正确。(2)图示情景中控制了半径、物体质量不变,只改变角速度,这是在探究向心力与角速度大小的关系,C正确。(3)通过控制变量法,得到的结论为: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,C正确。[要点总结]在该实验中,采用控制变量法探究向心力与质量、角速度、半径的定量关系,在质量和半径一定的情况下,探究出向心力的大小与角速度的二次方成正比;在质量和角速度一定的情况下,探究出向心力的大小与半径成正比;在半径和角速度一定的情况下,探究出向心力的大小与质量成正比。 随堂检测 1. 下列关于向心力的说法,正确的是( D )A. 物体由于做圆周运动而产生了向心力B. 向心力就是物体受到的合力C. 做匀速圆周运动的物体其向心力是不变的D. 向心力改变做圆周运动的物体的速度方向【解析】 物体做圆周运动就需要有向心力,向心力是由外界提供的,不是由物体本身产生的,A错误;匀速圆周运动中由合力提供向心力,变速圆周运动中合力与向心力是不同的,B错误;向心力始终指向圆心,方向时刻在改变,即向心力是变化的,C错误;向心力的方向与速度方向垂直,不改变速度的大小,只改变速度的方向,D正确。2. 如图所示,一个圆盘可绕一个通过圆心且垂直于盘面的竖直轴转动,在圆盘上放一橡皮块,橡皮块随圆盘一起转动(俯视为逆时针)。某段时间内圆盘转速不断增大,但橡皮块仍相对圆盘静止,在这段时间内,下列关于橡皮块所受摩擦力Ff的方向的四种表示(俯视图)中,正确的是( C )第2题图A. B.C. D.【解析】 因为圆盘转速不断增大,所以橡皮块将随圆盘一起做加速圆周运动,此时摩擦力Ff既要提供指向圆心的向心力,又要提供与运动方向相同的切向力,所以合力方向应该在轨道内侧且与速度成锐角,C正确。3. 如图甲所示为向心力演示仪,可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。长槽的A、B处和短槽的C处分别到各自转轴中心距离之比为1∶2∶1,变速塔轮自上而下有三种组合方式,左右每层半径之比由上至下分别为1∶1、2∶1和3∶1,如图乙所示。甲乙第3题图(1)本实验的目的是探究向心力的大小与小球质量m、角速度ω和半径r之间的关系,下列实验中,采用的实验方法与本实验相同的是( C )A. 探究两个互成角度的力的合成规律B. 探究平抛运动的特点C. 探究加速度与物体受力、物体质量的关系(2)在某次实验中,把两个质量相等的钢球放在A、C位置,传动皮带位于第三层,转动手柄,则当塔轮匀速转动时,左右两标尺露出的格子数之比约为 1∶9 。 (3)在记录两个标尺露出的格数时,同学们发现要同时记录两边的格数且格数不是很稳定,不便于读取,于是有同学提出用手机拍照后再通过照片读出两边标尺露出的格数。下列对该同学提出的建议中,你认为正确的是 B 。 A. 该方法可行,但仍需要匀速转动手柄B. 该方法可行,且不需要匀速转动手柄C. 该方法不可行,因不能确定拍照时露出的格数是否已稳定【解析】 (1)在该实验中,通过控制质量、半径、角速度中两个物理量相同,探究向心力与另外一个物理量之间的关系,采用的科学方法是控制变量法。探究两个互成角度的力的合成规律应用了等效替代法,A错误;探究平抛运动的特点,例如两球同时落地,两球在竖直方向上的运动效果相同,应用了等效思想,B错误;探究加速度与物体受力、物体质量的关系,应用了控制变量法,C正确。(2)两小球的质量相等,做匀速圆周运动的半径也相同。当传动皮带位于第三层,变速塔轮边缘处的线速度大小相等,根据v=ωr可知在A和C位置的小球做匀速圆周运动的角速度之比为1∶3,由向心力公式Fn=mω2r可知在A和C位置的小球做匀速圆周运动所需的向心力大小之比为1∶9,所以当塔轮匀速转动时,左右两标尺露出的格子数之比约为1∶9。(3)该方法可行,用手机拍照后再通过照片读出两边标尺露出的格数,这样可以准确读出某一时刻两边标尺露出的格数,并通过格数得出向心力与角速度的关系,手柄转速变化时,两边标尺露出的格数同时变化,仍可通过格数得出向心力与角速度的关系,不需要匀速转动手柄,B正确。 展开更多...... 收起↑ 资源列表 6.2 导学1 向心力 实验:探究向心力大小的表达式 - 学生版.docx 6.2 导学1 向心力 实验:探究向心力大小的表达式.docx 6.2 导学1 向心力 实验:探究向心力大小的表达式.pptx