第六章圓周運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)：探究向心力大小的表達(dá)式人教版高中物理必修第二冊(cè)1.課堂導(dǎo)入2.教學(xué)目標(biāo)3.新知探究4.課堂小結(jié)目錄5.當(dāng)堂檢測(cè)課堂導(dǎo)入01課堂導(dǎo)入游樂場(chǎng)里有各種有趣的游戲項(xiàng)目?？罩酗w椅因其刺激性而深受很多年輕人的喜愛。飛椅與人一起做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的過程中，受到了哪些力？所受合力的方向有什么特點(diǎn)？02教學(xué)目標(biāo)教學(xué)目標(biāo)知道向心力的定義及作用，知道它是根據(jù)力的作用效果命名的。通過實(shí)驗(yàn)體會(huì)向心力的存在，會(huì)設(shè)計(jì)相關(guān)實(shí)驗(yàn)，探究向心力大小與半徑、角速度、質(zhì)量的關(guān)系，體會(huì)控制變量法在研究多個(gè)物理量關(guān)系中的應(yīng)用。2103新知探究新知探究如圖所示，用細(xì)繩拉著質(zhì)量為m的小球在光滑水平桌面上做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。(2)這些力的合力如何？合力的方向有何特點(diǎn)？答案

合力為繩的拉力，合力的方向始終指向圓心。(1)小球受哪幾個(gè)力的作用？答案

受到重力、水平桌面的支持力和繩的拉力三個(gè)力的作用。GFTFN新知探究1.向心力的定義：做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體所受的合力總____________，這個(gè)指向______的力叫作向心力。2.向心力的特點(diǎn)(1)向心力是矢量，方向始終____________且與速度方向______，所以向心力是___力。(3)向心力是根據(jù)力的____________命名的，它是由_________或者_(dá)______________提供的。(2)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體，線速度______不變，故向心力只改變線速度的______。vFnvFnvFnO指向圓心圓心指向圓心垂直變大小方向作用效果某個(gè)力幾個(gè)力的合力新知探究如圖所示，在繩子的一端拴一個(gè)小沙袋(或其他小物體)，另一端握在手中。將手舉過頭頂，使沙袋在水平面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，此時(shí)沙袋所受的向心力近似等于繩對(duì)沙袋的拉力。(1)保持小沙袋轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和繩的長(zhǎng)度不變，改變小沙袋的質(zhì)量，感受向心力的變化。質(zhì)量越大，向心力越大新知探究新知探究如圖所示，在繩子的一端拴一個(gè)小沙袋(或其他小物體)，另一端握在手中。將手舉過頭頂，使沙袋在水平面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，此時(shí)沙袋所受的向心力近似等于繩對(duì)沙袋的拉力。(2)保持繩的長(zhǎng)度和小沙袋的質(zhì)量不變，改變小沙袋轉(zhuǎn)動(dòng)的速度，感受向心力的變化。速度越大，向心力越大新知探究如圖所示，在繩子的一端拴一個(gè)小沙袋(或其他小物體)，另一端握在手中。將手舉過頭頂，使沙袋在水平面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，此時(shí)沙袋所受的向心力近似等于繩對(duì)沙袋的拉力。(3)保持小沙袋的質(zhì)量和小沙袋轉(zhuǎn)動(dòng)的速度（線速度）不變，改變繩的長(zhǎng)度，感受向心力的變化。繩長(zhǎng)越短，向心力越大新知探究1.實(shí)驗(yàn)器材及原理1手柄2變速塔輪3變速塔輪4長(zhǎng)槽5短槽6橫臂8標(biāo)尺7套筒(1)勻速轉(zhuǎn)動(dòng)手柄1，可使變速塔輪2和3勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，思考通過兩變速塔輪控制兩側(cè)圓周運(yùn)動(dòng)角速度的原理；答案

變速塔輪2和3邊緣線速度大小相等，兩塔輪轉(zhuǎn)動(dòng)半徑不同，則兩塔輪角速度不同。根據(jù)v=ωr可得，角速度與半徑成反比。新知探究(2)兩塔輪分別與長(zhǎng)槽4和短槽5同軸轉(zhuǎn)動(dòng)，槽內(nèi)的小球轉(zhuǎn)動(dòng)角速度關(guān)系如何判定？

答案

槽內(nèi)小球角速度與對(duì)應(yīng)塔輪角速度相同。(3)小球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的向心力由誰提供？答案

橫臂對(duì)小球的作用力提供了小球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的向心力。1手柄2變速塔輪3變速塔輪4長(zhǎng)槽5短槽6橫臂8標(biāo)尺7套筒新知探究2.實(shí)驗(yàn)操作及數(shù)據(jù)分析(1)在角速度、軌道半徑不變的條件下，探究向心力與質(zhì)量的關(guān)系：

ω1∶ω2r1∶r2m1∶m2F1∶F2實(shí)驗(yàn)一1∶11∶11∶21∶2實(shí)驗(yàn)結(jié)論：在ω、r不變的條件下，F(xiàn)n

∝___。m新知探究(2)在角速度、質(zhì)量不變的條件下，探究向心力與軌道半徑的關(guān)系：實(shí)驗(yàn)結(jié)論：在ω、m不變的條件下，F(xiàn)n

∝___。

ω1∶ω2r1∶r2m1∶m2F1∶F2實(shí)驗(yàn)二1∶12∶11∶12∶1r新知探究(3)在質(zhì)量、軌道半徑不變的條件下，探究向心力與角速度的關(guān)系：實(shí)驗(yàn)結(jié)論：在m、r不變的條件下，F(xiàn)n

∝_____。精確的實(shí)驗(yàn)表明：向心力的大小與質(zhì)量、軌道半徑和角速度平方成正比。

ω1∶ω2r1∶r2m1∶m2F1∶F2實(shí)驗(yàn)三1∶21∶11∶11∶4實(shí)驗(yàn)四1∶31∶11∶11∶9ω2新知探究1.根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)論能得出的向心力大小的表達(dá)式為

Fn=_____或Fn=_________。2.若用周期或轉(zhuǎn)速表示，還可以寫為

Fn=______________=__________。3.若同時(shí)用角速度和線速度表示可以寫為Fn=_____。mω2r

m(2πn)2rmωv04課堂小結(jié)課堂小結(jié)向心力定義特點(diǎn)矢量，方向始終指向圓心只改變線速度方向效果力影響因素質(zhì)量、速度、圓運(yùn)動(dòng)的半徑探究向心力表達(dá)式實(shí)驗(yàn)器材向心力演示儀實(shí)驗(yàn)方法控制變量法實(shí)驗(yàn)步驟控制變量探究F與m、r、ω的關(guān)系實(shí)驗(yàn)結(jié)論

探究向心力大小的表達(dá)式05當(dāng)堂檢測(cè)當(dāng)堂檢測(cè)1.如圖所示，一只老鷹在水平面內(nèi)盤旋做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，則關(guān)于老鷹受力的說法正確的是A.老鷹受重力、空氣對(duì)它的作用力

和向心力的作用B.老鷹受重力和空氣對(duì)它的作用力C.老鷹受重力和向心力的作用D.老鷹受空氣對(duì)它的作用力和向心力的作用√當(dāng)堂檢測(cè)老鷹在水平面內(nèi)盤旋做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，受到重力和空氣對(duì)它的作用力，合力提供向心力，向心力是效果力，不是老鷹另外受到的力，故B正確，A、C、D錯(cuò)誤。當(dāng)堂檢測(cè)2.如圖甲所示，某實(shí)驗(yàn)小組探究影響向心力大小的因素。用細(xì)繩系一紙杯(杯中有30mL的水)，將手舉過頭頂，使紙杯在水平面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。(1)下列說法中正確的是____________。

A.保持質(zhì)量、繩長(zhǎng)不變，增大轉(zhuǎn)速，繩對(duì)手的拉力將不變B.保持質(zhì)量、繩長(zhǎng)不變，增大轉(zhuǎn)速，繩對(duì)手的拉力將增大C.保持質(zhì)量、角速度不變，增大繩長(zhǎng)，繩對(duì)手的拉力將不變D.保持質(zhì)量、角速度不變，增大繩長(zhǎng)，繩對(duì)手的拉力將增大√√甲當(dāng)堂檢測(cè)(2)如圖乙，繩離杯心40cm處打一結(jié)點(diǎn)A，80cm處打一結(jié)點(diǎn)B，學(xué)習(xí)小組中一位同學(xué)用手表計(jì)時(shí)，另一位同學(xué)在水平桌面上操作(杯和桌面摩擦較小，可認(rèn)為是光滑)。操作一：手握繩結(jié)A，使杯每秒運(yùn)動(dòng)一周，體會(huì)向心力的大小。操作二：手握繩結(jié)B，使杯每秒運(yùn)動(dòng)一周，體會(huì)向心力的大小。操作三：手握繩結(jié)A，使杯每秒運(yùn)動(dòng)兩周，體會(huì)向心力的大小。操作四：手握繩結(jié)A，再向杯中添加30mL的水，使杯每秒運(yùn)動(dòng)一周，體會(huì)向心力的大小。當(dāng)堂檢測(cè)則：①操作二與一相比較：質(zhì)量、角速度相同，向心力的大小與轉(zhuǎn)動(dòng)半徑大小有關(guān)；操作三與一相比較：質(zhì)量、半徑相同，向心力的大小與角速度有關(guān)；操作四與一相比較：_______________相同，向心力的大小與_____有關(guān)。

②物理學(xué)中此種實(shí)驗(yàn)方法叫____________法。角速度、半徑質(zhì)量控制變量操作一：手握繩結(jié)A，使杯每秒運(yùn)動(dòng)一周，體會(huì)向心力的大小。操作二：手握繩結(jié)B，使杯每秒運(yùn)動(dòng)一周，體會(huì)向心力的大小。操作三：手握繩結(jié)A，使杯每秒運(yùn)動(dòng)兩周，體會(huì)向心力的大小。操作四：手握繩結(jié)A，再向杯中添加30mL的水，使杯每秒運(yùn)動(dòng)一周，體會(huì)向心力的大小。③小組總結(jié)階段，手甩動(dòng)，使杯做圓周運(yùn)動(dòng)的同學(xué)談感受時(shí)說：“感覺手腕發(fā)酸，感覺力的方向不是指向圓心的向心力，而是背離圓心的力，跟書上說的不一樣”，你認(rèn)為該同學(xué)的說法是否正確，為什么？______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________