向心力演示仪

第四章曲线运动实验：探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系【考点预测】1.研究向心力大小与半径、角速度、质量的关系的目的、原理、器材2.研究向心力大小与半径、角速度、质量的关系的步骤、数据处理3. 研究向心力大小与半径、角速度、质量的关系的注意事项、误差分析【方法技巧与总结】探究方案一感受向心力1．实验原理如图1所示，在绳子的一端拴一个小沙袋(或其他小物体)，另一端握在手中．将手举过头顶，使沙袋在水平面内做匀速圆周运动，此时沙袋所受的向心力近似等于手通过绳对沙袋的拉力．图12．实验步骤(1)在小物体的质量和角速度不变的条件下，改变小物体做圆周运动的半径进行实验，比较向心力与半径的关系．(2)在小物体的质量和做圆周运动的半径不变的条件下，改变小物体的角速度进行实验，比较向心力与角速度的关系．(3)换用不同质量的小物体，在角速度和半径不变的条件下，重复上述操作，比较向心力与质量的关系．3．实验结论：半径越大，角速度越大，质量越大，向心力越大．探究方案二用向心力演示器定量探究1．实验思路本实验探究了向心力与多个物理量之间的关系，因而实验方法采用了控制变量法，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，此时小球向外挤压挡板，挡板对小球有一个向内的(指向圆周运动圆心)的弹力作为小球做匀速圆周运动的向心力，可以通过标尺上露出的红白相间等分标记，粗略计算出两球所需向心力的比值．在实验过程中可以通过两个小球同时做圆周运动对照，分别分析下列情形：(1)在质量、半径一定的情况下，探究向心力大小与角速度的关系．(2)在质量、角速度一定的情况下，探究向心力大小与半径的关系．(3)在半径、角速度一定的情况下，探究向心力大小与质量的关系．2．实验器材向心力演示器、质量不等的小球．3．实验过程(1)分别将两个质量相等的小球放在实验仪器的两个小槽中，且小球到转轴(即圆心)距离相同即圆周运动半径相同．将皮带放置在适当位置使两转盘转动，记录不同角速度下的向心力大小(格数)．(2)分别将两个质量相等的小球放在实验仪器的长槽和短槽两个小槽中，将皮带放置在适当位置使两转盘转动角速度相等、小球到转轴(即圆心)距离不同即圆周运动半径不等，记录不同半径的向心力大小(格数)．(3)分别将两个质量不相等的小球放在实验仪器的两个小槽中，且小球到转轴(即圆心)距离相同即圆周运动半径相等，将皮带放置在适当位置使两转盘转动角速度相等，记录不同质量下的向心力大小(格数)．4．数据处理分别作出F n－ω2、F n－r、F n－m的图像，分析向心力大小与角速度、半径、质量之间的关系，并得出结论．5．注意事项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，即保持转速恒定，观察并记录其余读数．【题型归纳目录】题型一：教材原型实验题型二：探索创新实验题型三：光电门法题型四：传感器法【题型一】教材原型实验【典型例题】例1．如图甲所示是“探究向心力的大小F与质量m、角速度ω和半径r之间的关系”的实验装置。

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。

《向心力，向心加速度》说课福建省福鼎六中孙忠泽一、教材分析“向心力，向心加速度”编排在选修课第四章第二节，这部份知识是本章的重点，学好这部份知识，可以为学习本章万有引力应用部份的内容做好必要的准备。

为了便于学生接受，教材在处理这部份知识时，没有采用先用矢量推导得出向心加速度的公式，再由向心加速变的公式得出向心力公式的讲法，而是通过实验说明做匀速圆周运动的物体始终受到一个指向圆心的力－－向心力的作用，其大小可以证明为F=mr ω2再由牛顿第二定律得出向心加速变的公式a=rω2。

二、教学重点与难点1.重点：向心力大小与m、r、ω的关系V22.难点：①向心力的概念；②公式a＝rω2或a＝─的理解r三、教学目标1.知识目标：知道什么是向心力，什么是向心加速度。

能运用向心力和向心加速变的公式解答有关问题。

2.能力目标：懂得物理学中常用的研究方法，培养学生的学习能力和研究能力。

四、学生现状分析1.这部份知识在必修课有所学习，但涉及得不多，再来这本是高三年学习的知识现提前了，学生接受能力肯定有限，这需要教师把握好教学要求。

2.学生刚刚从初中步入高中，对高中物理的学习还不够得法，应要求教师在学习方法上应以指导。

五、教学方法：现代教育目标对中学物理教学提出了明确要求：中学物理教学必须以学生发展为本，以物理学知识体系为载体，以学生创新精神和实践能力的培养为重点，以提高学生的科学素质为目标，逐步培养学生的学习能力和研究能力，最终达到全面提高素质，发展个性，形成特长的目的。

本课采用“引导探究”式教学法，该教学法以解决问题为中心，注重学生的独立钻研，着眼于创造思维的培养，充分发挥学生的主动性。

其主要程序是：提出问题→科学猜想→设计实验→探索研究→得出结论→指导实践。

它不仅重视知识的获得，而且更重视学生获取知识的过程及方法，更加突出了学生的学，学生学得主动，学得积极。

学生活动约占课时的1/2，课堂气氛比较活跃，真正体现了“教为主导，学为主体”的思想。

北京交大附中2023—2024学年第二学期期中练习高一物理说明：本试卷共8页，共100分。

考试时长90分钟。

一、单项选择题（本题共10小题，每小题3分，共30分。

在每小题给出的四个选项中，只有一个选项是符合题意的。

）请阅读下述文字，完成下面小题。

哈雷星的运动轨道是一个非常扁的椭圆（如图所示），天文学家哈雷成功预言了哈雷彗星的回归，哈雷彗星最近出现的时间是1986年。

预测下次飞近地球将在2061年。

轨道上、两点分别为近日点和远日点。

1. 哈雷彗星运行到点时（ ）A. 速度沿切线方向 B. 速度沿彗星与太阳连线方向C. 加速度沿切线方向D. 受到太阳引力沿切线方向2. 哈雷彗星由点向点运动过程中（ ）A. 速度越来越小 B. 速度越来越大C. 速度大小保持不变D. 所受太阳引力与其速度共线3. 若哈雷彗星在点与太阳中心的距离为，线速度大小为；在点与太阳中心的距离为，线速度大小为。

由开普勒定律可知下列关系可能正确的是（ ）A.B.C.D.【答案】1. A 2. B3. C【解析】【1题详解】哈雷彗星运行到点时；AB ．速度沿切线方向，选项A 正确，B 错误；CD ．受到太阳的引力沿两者的连线指向太阳，则加速度沿两者的连线指向太阳，选项CD 错误。

故选A 。

【2题详解】的P Q P Q P P 1r 1v Q 2r 2v 1122v r v r =211222v r v r =1221v r v r=12v v =P哈雷彗星由点向点运动过程中，所受太阳引力与其速度夹角为锐角，则太阳的引力做正功，则速度越来越大，选项ACD 错误，B 正确；故选B 。

【3题详解】若哈雷彗星在点与太阳中心的距离为，线速度大小为；在点与太阳中心的距离为，线速度大小为。

由开普勒第二定律可知可得故选C 。

请阅读下述文字，完成下列小题。

如图所示，质量为m 的小球用轻质细线悬于B 点，使小球在水平面内做匀速圆周运动。

4. 小球在水平面内做匀速圆周运动，其向心力的来源是（ ）A. 小球受到的重力B. 小球受到的重力与细线对小球拉力的合力C. 细线对小球的拉力与小球所受离心力的合力D. 小球受到的重力、细线对小球的拉力与小球所受离心力的合力5. 调整细线长度使其伸长，使小球仍在水平面内做匀速圆周运动，且保持轨迹圆的圆心O 到悬点B 的距离不变。