2021_2022年新教材高中物理第3章圆周运动2.2探究影响向心力大小的因素课件鲁科版必修2202103192162.ppt

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1、第2课时 探究影响向心力大小的因素必备知识·自主学习【实验目的】(1)探究向心力与质量、轨道半径、角速度间的关系。(2)学会用___________探究物理规律。(3)领会从定性到定量的认识方法。【实验器材】向心力演示仪、_______________、天平等。思考:向心力的影响因素与物体的质量m、轨道半径r和角速度ω都有关系,那怎么研究它们之间的定量关系?提示:实验应采用控制变量的思想研究问题。控制变量法质量不等的小球【实验原理与设计】1.实验的基本思想——控制变量法。(1)变量的控制要求。在物理实验中,要注意控制实验过程中的不同变量。(2)设计

2、思路。①若要讨论向心力与质量的关系,应控制_____、_______不变。②若要讨论向心力与半径的关系,应控制_____、_______不变。③若要讨论向心力与角速度的关系,应控制_____、_____不变。半径角速度质量角速度质量半径(3)实验思想的拓展。这种控制一些物理量不变,先分别研究待测量与其中一个物理量的关系,再综合解决问题的控制变量法,被广泛应用于科学研究中。2.实验原理:(1)保持小球轨道半径r、角速度ω不变。通过填放不同小球的方式改变小球的质量m,得到相应的向心力F,则可得F与m的关系。(2)保持小球质量m、角速度ω不变。通过改变小

3、球运行轨迹半径r,得到相应的向心力F,则可得F与r的关系。(3)保持小球质量m、轨道半径r不变。通过改变不同传动轮的方式改变小球的角速度,得到相应的向心力F,则可得F与ω的关系3.实验设计——四个物理量的测量方法(1)质量的测量:用_____直接测量。(2)向心力的测量:由塔轮中心标尺露出的等分格的格数读出。(3)轨道半径的测量:刻度尺测量小球所放位置到转轴的距离。(4)角速度的测量:通过转速确定角速度。天平实验过程·探究学习实验步骤1.测量质量:分别用天平测量各小球的质量,并做标记。2.调节两轮角速度:用皮带连接两半径相同的塔轮,以确保运动过程中

4、角速度不变。3.释放小球:将两质量不相等的小球分别放于长槽和短槽上,调整小球的位置,使两球的转动半径相同。4.收集数据:转动手柄,观测向心力的大小和质量的关系。5.改变转动半径:换成两质量相同的小球,分别放于长槽和短槽上,增大长槽上小球的转动半径。转动手柄,观察向心力的大小和半径的关系。6.改变小球的角速度:将质量相同的两小球分别置于长槽和短槽上,确保两小球转动半径相同,改变皮带连接的两个塔轮,根据两个塔轮半径关系求解小球做圆周运动的角速度关系。【思考·讨论】(1)本实验中怎样保证小球做匀速圆周运动?提示:摇动手柄时应力求缓慢加速,注意观察其中一个

5、测力计的格数,达到预定格数时,即保持手柄均匀转动,以此确保小球做匀速圆周运动。(2)使用向心力演示仪时应注意哪些安全问题?提示:①实验之前,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实验中快速转动手柄时,注意扶住实验装置,以免其倾覆。数据收集与分析1.列F、m数据收集表:把不同质量的小球放在长槽和短槽内,确保小球的转动半径和角速度相同,把小球的向心力和质量填在表中。2.作F-m图像的方法:以F为纵坐标、m为横坐标,根据数据作F-m图像,用曲线拟合测量点,找出规律,分析F与m的关系。3.列F、r数据收集表格:把相同质量的小球分别放长槽和

6、短槽内,在相同角速度下,将不同转动半径下的向心力填在表中。4.作F-r图像的方法:以F为纵坐标、r为横坐标,根据数据作F-r图像,用曲线拟合测量点,找出规律,分析F与r的关系。5.列F、ω数据收集表格:把相同质量的小球分别放长槽和短槽内,使两小球的转动半径相等,将不同角速度下的向心力填在表中。6.作F-ω2图像的方法:以F为纵坐标、ω2为横坐标,根据数据作F-ω2图像,用曲线拟合测量点,找出规律,分析F与ω2的关系7.实验结论:(1)在转动半径和角速度相同时,向心力与质量成正比。(2)在质量和角速度相同时,向心力与转动半径成正比。(3)在转动半径和

7、质量相同时,向心力与角速度的平方成正比。【思考·讨论】(1)本实验中为什么探究向心力与物体的质量m、半径r和角速度ω的关系,而不是探究向心力与物体的质量m、半径r和线速度v的关系?提示:角速度相对于线速度测量更方便。(2)为什么研究向心力F与角速度ω关系时,画的不是F-ω图像,而是F-ω2的图像?提示:F-ω图像不是线性关系,而F-ω2的图像却转化为线性关系,更直观地反映出在其他物理量不变的情况下,F与ω2成正比。误差分析1.测量、操作带来的偶然误差:①质量测量误差。②半径读数误差。③向心力读数误差。2.仪器本身带来的系统误差:①天平调零误差。②向

8、心力演示仪的手柄转动误差(不能保证匀速转动)。【思考·讨论】根据误差分析,请从实验仪器的角度提出减小误差的方法。提示:换用

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