高中物理必修二实验：探究向心力的表达式

2023届高三物理一轮复习多维度导学与分层专练专题27 探究向心力大小的表达式导练目标导练内容目标1教材经典实验方案的原理、步骤和数据处理目标2新高考的改进创新实验一、教材经典实验方案的原理、步骤和数据处理1.实验目的：探究向心力与物体的质量、转动的角速度、转动的半径之间的定量关系。

2.实验思路：采用控制变量法探究(1)使两物体的质量、转动的半径相同,探究向心力的大小跟转动的角速度的定量关系;(2)使两物体的质量、转动的角速度相同,探究向心力的大小跟转动的半径的定量关系;(3)使两物体的转动半径、转动的角速度相同,探究向心力的大小跟物体质量的定量关系。

3.实验器材：向心力演示仪,见下图。

当转动手柄1时,变速塔轮2和3就随之转动,放在长滑槽4和短滑槽5中的球A和B都随之做圆周运动。

球由于惯性而滚到横臂的两个短臂挡板6处,短臂挡板就推压球,给球提供了做圆周运动所需的向心力。

由于杠杆作用,短臂向外时,长臂就压缩塔轮转轴上的测力部分的弹簧,使测力部分套管7上方露出标尺8的格数,便显示出了两球所需向心力之比。

4.进行实验：(1)安装并调试向心力演示仪:在滑槽静止时,旋动两测力部分标尺的调零螺母,使两套管的上沿都与标尺顶端对齐。

(2)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,使两个小球转动的角速度之比分别为1∶1、1∶2和1∶3,分别读出两球所需的向心力大小,将结果填入设计的表格。

(3)把两个质量相同的小球放在长槽和短槽上,使半径之比为2∶1;调整塔轮上的皮带,使两个小球的角速度相同,分别读出两球所需的向心力大小,将结果填入设计的表格。

(4)把两个质量不同的小球放在长槽和短槽上,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相同,分别读出两球所需的向心力大小,将结果填入设计的表格。

分析与论证:(1)分析表格,发现F跟ω的二次方成正比。

(2)分析表格,发现F跟r成正比。

《探究向心力的表达式》说课稿一、教材与学情分析（一）教材分析该节是人教版高中《物理必修2》第五章第6节的实验内容。

本节课是从动力学的角度研究匀速圆周运动的，是本章的重点和难点，是学好圆周运动的关键点，为学好天体运动和带电粒子在匀强磁场中的运动做准备。

（二）学情分析：1．知识层面:学生通过前面的学习，理解了牛顿第二定律，在本章学习了线速度、角速度、周期和向心加速度的概念，能数学推导向心力的表达式。

2．能力层面:在实验中，学生掌握了控制变量法,具备利用图象法解决物理问题的能力。

二、实验教学目标（一）知识目标：1．会判断向心力的大小与什么因素有关2．能用控制变量法定量探究向心力的表达式（二）学科素养目标：1．【物理观念】认识向心力公式的确切含义。

2．【科学思维】能通过动手实验、观察实验现象并猜想向心力大小与什么因素有关，提出自己的见解。

3．【实验探究】能合理设计实验，动手实验验证猜想是否正确。

4．【科学态度与责任】在实验中培养学生严谨、认真、实事求是的科学态度，并体会物理与生活的联系，能利用身边物品进行实验探究，体验成功的快乐、实验的意义。

三、教学重难点重难点：利用控制变量法定量探究向心力表达式四、实验方法（一）控制变量法1．控制小球质量､半径不变,探究向心力与角速度的关系｡2．控制小球质量､角速度不变,探究向心力与半径的关系｡3．控制小球角速度､半径不变,探究向心力与质量的关系｡（二）图象法：记录数据，用EXCEL软件作F-ω2､F-r､F-m 图像并得出结论｡（三）验证法：将实验数据代入向心力表达式F=mrω2计算出结果,理论值与测量值比较,验证实验结论,得出结果｡五、教学过程设计（一）引入实验：感受向心力的魅力（4分钟）（二）定性实验：猜想影响向心力大小的因素（8分钟）（三）定量实验：探究向心力与各因素的定量关系（23分钟）（四）验证实验：验证向心力的表达式（5分钟）六、实验内容设计（一）引入实验：感受向心力的魅力演示实验：绳子一端接一个塑料小球，中间穿过圆管，另一端接一瓶矿泉水，通过使小球做圆周运动可以拉起一瓶矿泉水，还可以控制水瓶上下运动。

《探究向心力大小的表达式》说课稿一、使用教材本实验使用的教材是人教版普通高中物理必修2第六章第二节向心力。

二、实验器材向心力演示仪、DisLab 向心力实验设备、力传感器、钩码、机械能实验背景板、数据采集器、笔记本电脑。

三、实验创新要求/改进要点2004版旧教材，在此处设计的是“用圆锥摆粗略验证向心力的表达式”该实验：很难给小球施加合适的初速度，让其在水平面内做匀速圆周运动，小球运动过程中由于阻力，轨迹也会慢慢变成椭圆；小球在摆动过程对应半径r 和高度h 和周期T 不好测量计算麻烦，所以，本实验只能够粗略验证验证向心力的大小。

2019新版教材中，重新选择了传统实验“向心力演示器”来探究向心力的大小。

这个实验的优点是：现象直观，操作方便。

这也是新教材选择它的原因。

但是，这个装置也有局限性：圆周运动的半径是设计好的固定值，不具有普遍意义。

向心力的数值只能通过比值比较，无法准确测量。

不过，我们可以用更精密的设备，改进创新数字实验来弥补这个问题。

在完成向心力公式F=m ω2r 的探究后，通过简单改制DIS 机械能守恒实验器，探究向心力的另一个公式F =rv m 2。

我们把Dis 机械能守恒实验器的背景板安装在铁架台上，把力的传感器安装在铁架台的顶端，选择不同质量的钩码作为摆件，悬挂在力传感器的挂钩上，光电门传感向心力研究实验装置改进创新实验器放置在背景板最低点D。

四、实验原理/实验设计思路为了全面又精确的探究向心力的大小，我们计划分别应用传统的向心力演示器和自制改进的Dis数字实验设备，通过控制变量法，探究向心力与其决定因素之间的关系，确定向心力的大小表达式。

五、实验目标挖掘本实验蕴含的物理学科核心素养，从物理观念、科学思维、科学探究、科学态度与责任四个方面制订了本实验课学生学习的目标。

1.通过活动体验和科学探究，进一步完善向心力的概念，深化运动与相互作用观念。

2.感受影响向心力大小的因素，并通过理解实验原理探究它们之间的关系，领会利用控制变量法研究问题的科学思维。

2向心力第1课时实验：探究向心力大小的表达式[学习目标] 1.知道向心力的定义及作用，知道它是根据力的作用效果命名的(重点)。

2.通过实验体会向心力的存在，会设计相关实验，探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系，体会控制变量法在研究多个物理量关系中的应用(重难点)。

一、向心力的理解如图所示，用细绳拉着质量为m的小球在光滑水平面上做匀速圆周运动。

(1)小球受哪些力的作用？合力指向什么方向？(2)除以上力外，小球还受不受向心力？答案(1)小球受到重力、支持力和绳的拉力，合力等于绳的拉力，方向指向圆心。

(2)小球不受向心力，向心力是按力的作用效果命名的，绳的拉力提供向心力。

1．向心力的定义：做匀速圆周运动的物体所受的合力总指向圆心，这个指向圆心的力叫作向心力。

2．向心力的特点(1)向心力是矢量，方向始终指向圆心且与速度方向垂直，所以向心力是变力。

(2)做匀速圆周运动的物体，线速度大小不变，故向心力只改变线速度的方向。

(3)向心力是根据力的作用效果命名的，它是由某个力或者几个力的合力提供的。

(1)物体由于做圆周运动而产生了向心力。

(×)(2)对做匀速圆周运动的物体进行受力分析时，一定不要漏掉向心力。

(×)(3)当物体受到的合外力大小不变，方向始终与线速度方向垂直且指向圆心时，物体做匀速圆周运动。

(√)(4)圆周运动中指向圆心的合力等于向心力。

(√)(5)圆周运动中，合外力等于向心力。

(×)例1如图所示，一只老鹰在水平面内盘旋做匀速圆周运动，则关于老鹰受力的说法正确的是()A．老鹰受重力、空气对它的作用力和向心力的作用B．老鹰受重力和空气对它的作用力C．老鹰受重力和向心力的作用D．老鹰受空气对它的作用力和向心力的作用答案 B解析老鹰在水平面内盘旋做匀速圆周运动，受到重力和空气对它的作用力，合力提供向心力，向心力是效果力，不是老鹰另外受到的力，故B正确，A、C、D错误。

二、定性研究影响向心力大小的因素例2如图甲所示，某实验小组探究影响向心力大小的因素。