当前位置: www.5614.com > www.947966.com >

能够通过进一步转换

更新时间:2019-09-25点击次数:

  高中物理圆周活动第二节第1课时尝试:探究向心力大小取半径、角速度、质量的关系学案_理化生_高中教育_教育专区。讲授课件 第 1 课时 尝试:探究向心力大小取半径、角速度、质量的关系 焦点素养 1.体验向心力的存正在,会设想相关探究尝试,体味 节制变量法正在研究多个物理量关系中的使用. 2.培育学生科学思维能力、科

  讲授课件 第 1 课时 尝试:探究向心力大小取半径、角速度、质量的关系 焦点素养 1.体验向心力的存正在,会设想相关探究尝试,体味 节制变量法正在研究多个物理量关系中的使用. 2.培育学生科学思维能力、科学探究和阐发问题的 能力. 3.会用圆周活动的学问处理糊口中的问题. 学问方针 1.理解向心力和向心加快度的概念. 2.晓得向心力的大小取哪些要素相关, 并能用来进行计较. 3.晓得向心加快度和线速度、角速度的 关系,可以或许用向心加快度公式求解相关 问题. 一、尝试目标 1.定知向心力的大小取什么要素相关. 2.学会利用向心力演示器. 3.探究向心力取质量、角速度、半径的定量关系. 二、尝试方式:节制变量法 三、尝试方案 1.用细绳和物体定知向心力的大小. (1)尝试道理: 如图 1 所示, 细线穿正在圆珠笔的杆中, 一端拴住小物体, 另一端用一只手牵住, 另一只手抓住圆珠笔杆并用力动弹,使小物体做圆周活动,可近似地认为感化正在小物体上的 细线的拉力, 供给了圆周活动所需的向心力, 而细线的拉力可用牵住细线的手的感受来判断. 图1 (2)器材:质量分歧的小物体若干,空心圆珠笔杆,细线)尝试过程: ①正在小物体的质量和角速度不变的前提下,改变小物体做圆周活动的半径进行尝试. ②正在小物体的质量和做圆周活动的半径不变的前提下,改变物体的角速度进行尝试. 1 ③换用分歧质量的小物体,正在角速度和半径不变的前提下,反复上述操做. (4)结论:半径越大,角速度越大,质量越大,向心力越大. 2.用向心力演示器定量探究 (1)尝试道理 如图 2 所示,匀速动弹手柄,能够使塔轮、长槽和短槽匀速动弹,槽内的小球也就随之做匀 速圆周活动.这时,小球向外挤压挡板,挡板对小球的反感化力供给了小球做匀速圆周活动 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 能够从标尺上读出,该读数显示了向心力大小. 图2 (2)器材:向心力演示器. (3)尝试过程 ①把两个质量不异的小球放正在长槽和短槽上,使它们的动弹半径不异.调整塔轮上的, 使两个小球的角速度纷歧样,探究向心力的大小取角速度的关系. ②连结两个小球质量不变,增大长槽上小球的动弹半径.调整塔轮上的,使两个小球的 角速度不异,探究向心力的大小取半径的关系. ③换成质量分歧的球,别离使两球的动弹半径不异.调整塔轮上的,使两个小球的角速 度也不异,探究向心力的大小取质量的关系. ④反复几回以上尝试. (4)数据处置 ①m、r 必然 序号 1 2 3 4 5 6 F向 ω ω 2 ②m、ω 必然 2 序号 1 2 3 4 5 6 F向 r ③r、ω 必然 序号 1 2 3 4 5 6 F向 m ④别离做出 F 向-ω 、F 向-r、F 向-m 的图象. ⑤尝试结论 a.正在质量和半径必然的环境下,向心力的大小取角速度的平方成反比. b.正在质量和角速度必然的环境下,向心力的大小取半径成反比. c.正在半径和角速度必然的环境下,向心力的大小取质量成反比. 四、留意事项 1.定知尝试中,小物体遭到的沉力取拉力比拟可忽略. 2.利用向心力演示器时应留意: (1)将横臂紧固螺钉旋紧,以防小球和其他部件飞出而形成变乱. (2)摇脱手柄时应力图迟缓加快,留意察看此中一个测力计的格数.达到预定格数时,即连结 转速平均恒定. 2 一、影响向心力大小要素的定性阐发 例1 如图 3 所示,同窗们分小组探究影响向心力大小的要素.同窗们用细绳系一纸杯(杯 中有 30 mL 的水)正在空气中甩动,使杯正在程度面内做圆周活动,来感触感染向心力. 图3 (1)下列说法确的是________. 3 A.连结质量、绳长不变,增大转速,绳敌手的拉力将不变 B.连结质量、绳长不变,增大转速,绳敌手的拉力将增大 C.连结质量、角速度不变,增大绳长,绳敌手的拉力将不变 D.连结质量、角速度不变,增大绳长,绳敌手的拉力将增大 (2)如图甲,绳离杯心 40 cm 处打一结点 A,80 cm 处打一结点 B,进修小组中一位同窗用手表 计时,另一位同窗操做,其余同窗记实尝试数据: 操做一:手握绳结 A,使杯正在程度标的目的每秒活动 1 周,体味向心力的大小. 操做二:手握绳结 B,使杯正在程度标的目的每秒活动 1 周,体味向心力的大小. 操做三:手握绳结 A,使杯正在程度标的目的每秒活动 2 周,体味向心力的大小. 操做四:手握绳结 A,再向杯中添加 30 mL 的水,使杯正在程度标的目的每秒活动 1 周,体味向心 力的大小. ①操做二取一比拟较:质量、角速度不异,向心力的大小取动弹半径大小相关; 操做三取一比拟较:质量、半径不异,向心力的大小取角速度的大小相关; 操做四取一比拟较:____________________不异,向心力大小取________相关; ②物理学中此种尝试方式叫________________法. ③小组总结阶段,正在空中甩动,使杯正在程度面内做圆周活动的同窗谈感触感染时说:“感受手腕 发酸, 感受力的标的目的不是指向圆心的向心力而是圆心的离心力, 跟书上说的纷歧样”. 你 认为该同窗的说法能否准确,为什么? 谜底 (1)BD (2)①角速度、半径 质量 ②节制变量 ③说法不合错误,该同窗受力阐发的对象是本人的手,我们尝试受力阐发的对象是纸杯,细线的 拉力供给纸杯做圆周活动的向心力,指向圆心.细线敌手的拉力取向心力大小相等,标的目的相 反,圆心. 解析 (1)由题意,按照向心力公式,F 向=mω r,由牛顿第二定律,则有 FT=mω r;连结质 量、绳长不变,增大转速,按照公式可知,绳敌手的拉力将增大,故 A 错误,B 准确;连结 质量、角速度不变,增大绳长,据公式可知,绳敌手的拉力将变大,故 C 错误,D 准确; (2)按照向心力公式 F 向=mω r,由牛顿第二定律,则有 FT=mω r;操做二取一比拟较:质 量、角速度不异,向心力的大小取动弹半径大小相关;操做三取一比拟较:质量、半径不异, 向心力的大小取角速度的大小相关;操做四取一比拟较:角速度、半径不异,向心力大小取 质量相关;物理学中此种尝试方式叫节制变量法.该同窗受力阐发的对象是本人的手,我们 尝试受力阐发的对象是纸杯,细线的拉力供给纸杯做圆周活动的向心力,指向圆心.细线对 手的拉力取“向心力”大小相等,标的目的相反,圆心. 2 2 2 2 4 二、影响向心力大小要素的定量研究 例2 相关. 用如图 4 所示的安拆能够探究做匀速圆周活动的物体需要的向心力的大小取哪些要素 图4 (1)本尝试采用的科学方式是________. A.节制变量法 C.微元法 B.累积法 D.放 (2)图示情景正正在探究的是________. A.向心力的大小取半径的关系 B.向心力的大小取线速度大小的关系 C.向心力的大小取角速度大小的关系 D.向心力的大小取物体质量的关系 (3)通过本尝试能够获得的结论是________. A.正在质量和半径必然的环境下,向心力的大小取角速度成反比 B.正在质量和半径必然的环境下,向心力的大小取线速度的大小成反比 C.正在半径和角速度必然的环境下,向心力的大小取质量成反比 D.正在质量和角速度必然的环境下,向心力的大小取半径成反比 谜底 (1)A (2)D (3)C 解析 (1)正在这两个安拆中,节制半径、角速度不变,只改变质量,来探究向心力取质量之间 的关系,故采用节制变量法,A 准确; (2)节制半径、 角速度不变, 只改变质量, 来探究向心力取质量之间的关系, 所以 D 选项准确; (3)通过节制变量法, 获得的结论为正在半径和角速度必然的环境下, 向心力的大小取质量成正 比,所以 C 选项准确. 例 3 一物理乐趣小组操纵学校尝试室的数学尝试系统探究物体做圆周活动时向心力取角 速度、半径的关系. 尝试序号 1 2.42 28.8 2 1.90 25.7 3 1.43 22.0 4 0.97 18.0 5 0.76 15.9 6 0.50 13.0 7 0.23 8.5 8 0.06 4.3 F/N ω /(rad·s -1 ) (1)起首,他们让一砝码做半径 r=0.08 m 的圆周活动,数学尝试系统通过丈量和计较获得若 5 干组向心力 F 和对应的角速度 ω ,如表,请你按照表中的数据正在图 5 甲上绘出 F-ω 的关系 图象. 图5 (2)通过对图象的察看, 乐趣小组的同窗猜测 F 取 ω 成反比, 你认为, 能够通过进一步转换, 做出____________关系图象来确定他们的猜测能否准确. (3)正在了 F∝ω 之后,他们将砝码做圆周活动的半径 r 再别离调整为 0.04 m、0.12 m, 又获得了两条 F-ω 图象,他们将三次尝试获得的图象放正在一个坐标系中,如图乙所示,通 过对图象的比力、阐发、会商,他们得出 F∝r 的结论. 你认为他们的根据是______________________________________________________. (4)通过上述尝试,他们得出:做圆周活动的物体遭到的向心力 F 取角速度 ω 、半径 r 的数 学关系式是 F=kω r,此中比例系数 k 的大小为________,单元是________. 谜底 (1) 2 2 2 (2)F-ω 2 (3)做一条平行于纵轴的辅帮线,察看和图象的交点中力的数值之比能否为 1∶2∶3 (4)0.038 kg 6 解析 (1)由题中的数据描点,用滑润曲线)若乐趣小组的同窗猜测 F 取 ω 成反比, 则可画出 F-ω 关系图象来确定, 若 F-ω 关系 图线是一条过原点的倾斜曲线,即可证明猜测是准确的. (3)做一条平行于纵轴的辅帮线,察看和图象的交点中力的数值之比能否为 1∶2∶3,若取图 象的交点中力的数值之比满脚 1∶2∶3,则他们能够得出 F∝r 的结论. (4)由 F、ω 、r 的单元可得出 k 的单元为 kg,便是物体的质量,再由 k= 数据代入求解出 k 的平均值为 0.038. 2 2 2 F rω 2 ,将 F、ω 的 1.(向心力演示器)向心力演示器如图 6 所示,动弹手柄 1,可使变速塔轮 2 和 3 以及长槽 4 和短槽 5 随之匀速动弹.别离套正在塔轮 2 和 3 上的分歧圆盘上,可使两个槽内的小球分 别以几种分歧的角速度做匀速圆周活动.小球做圆周活动的向心力由横臂 6 的挡板对小球的 压力供给,球对挡板的反感化力通过横臂的杠杆使弹簧测力套筒 7 下降,从而显露标尺 8, 标尺 8 上显露的等分格子的几多能够显示出两个球所受向心力的大小. 图6 (1)现将小球别离放正在两边的槽内, 为探究小球遭到的向心力大小取角速度大小的关系, 下列 做法准确的是( ) A.正在小球活动半径相等的环境下,用质量不异的钢球做尝试 B.正在小球活动半径相等的环境下,用质量分歧的钢球做尝试 C.正在小球活动半径不等的环境下,用质量分歧的钢球做尝试 D.正在小球活动半径不等的环境下,用质量不异的钢球做尝试 (2)正在该尝试中使用了________(选填“抱负尝试法”“节制变量法”或“等效替代法”)来 7 探究向心力的大小取质量 m、角速度 ω 和半径 r 之间的关系. 谜底 (1)A (2)节制变量法 解析 (1)要探究小球遭到的向心力大小取角速度的关系, 需节制小球的质量和半径不变, 所 以 A 准确,B、C、D 错误. (2)由前面阐发能够晓得该尝试采用的是节制变量法. 2.(影响向心力大小要素的定量研究)如图 7 所示,正在验证向心力公式的尝试中,质量不异的 钢球①②别离放正在转盘 A、B 上,它们到所正在转盘转轴的距离之比为 2∶1.a、b 别离是取 A 盘、B 盘同轴的轮.a、b 的轮半径之比为 1∶2,用毗连 a、b 两动时,钢球①②所 受的向心力之比为( ) 图7 A.8∶1 C.2∶1 谜底 A 解析 传动,边缘上的点线速度大小相等,所以 va=vb,a 轮、b 轮半径之比为 1∶2, ω a rb 2 所以由 v=rω 得 = = ,共轴的点角速度相等,两个钢球的角速度别离取共轴轮子的角 ω b ra 1 ω1 2 a1 8 2 速度相等,则 = .据向心加快度 a=rω ,则知 = .钢球的质量相等,由 F=ma 得,向 ω2 1 a2 1 B.4∶1 D.1∶2 F1 8 心力之比为 = ,所以 A 准确,B、C、D 错误. F2 1 3. (影响向心力大小要素的定性阐发)两个同窗做体验性尝试来粗略地验证向心力公式 F=m 2 v2 r 和 F=mω r.他们的做法如下:如图 8 甲,绳子的一端拴一个小沙袋(或其他小物体),绳上 离小沙袋沉心 40 cm 的处所打一个绳结 A,80 cm 的处所打另一个绳结 B.同窗甲看手表计时, 同窗乙按下列步调操做: 图8 操做一:手握绳结 A,如图乙,使沙袋正在程度标的目的上做匀速圆周活动,每秒活动 1 周,体味 8 此时绳子拉力的大小. 操做二:手仍然握绳结 A,但使沙袋正在程度标的目的上每秒活动 2 周,体味此时绳子拉力的大小. 操做三:改为手握绳结 B,使沙袋正在程度标的目的上每秒活动 1 周,体味此时绳子拉力的大小. 按照以上操做步调填空:操做一取操做三__________(填“线速度”或“角速度”)不异,同 学乙感应 ____________( 填“操做一”或“操做三”)绳子拉力比力大;操做二取操做三 ____________(填“线速度”或“角速度”)不异, 同窗乙感应____________(填“操做二”或 “操做三”)绳子拉力比力大. 谜底 角速度 操做三 线速度 操做二 解析 操做一和操做三,都是每秒动弹一圈,则角速度相等,按照 F=mω r 知,半径大时所 需的向心力大,则拉力大,知操做三感应向心力较大;操做三和操做二比力,操做三 1 s 内 转过的弧长为 2π r,操做二 1 s 内转过的弧长为 2×2π × =2π r,知线 知,半径小时向心力大,则操做二感应向心力较大. r 4. (影响向心力大小要素的定量研究)某乐趣小组用如图 9 甲所示的安拆取传感器连系, 探究 向心力大小的影响要素.尝试时用手拨动旋臂使其做圆周活动,力传感器和光电门固定正在实 验器上,丈量角速度和向心力. (1)电脑通过光电门丈量挡光杆通过光电门的时间,并由挡光杆的宽度 d、挡光杆通过光电门 的时间 Δ t、挡光杆做圆周活动的半径 r,从动计较出砝码做圆周活动的角速度,则其计较角 速度的表达式为________________. (2)图乙中取①②两条曲线为不异半径、分歧质量下向心力取角速度的关系图线,由图可知: 曲线①对应的砝码质量________(选填“大于”或“小于”)曲线)物体动弹的线速度 v= Δt 由ω= d v r d . rΔ t 2 计较得出 ω = (2)图中抛物线申明:向心力 F 和 ω 成反比;若连结角速度和半径都不变,则质点做圆周运 动的向心加快度不变,由牛顿第二定律 F=ma 能够晓得,质量大的物体需要的向心力大,所 以曲线①对应的砝码质量小于曲线. (影响向心力大小要素的定量研究)如图 10 甲所示是一个研究向心力取哪些要素相关的 DIS 尝试安拆的示企图,此中做匀速圆周活动的圆柱体的质量为 m,放置正在未画出的圆盘上,圆 周轨道的半径为 r,力电传感器测定的是向心力,光电传感器测定的是圆柱体的线速度,以 下是所得数据和图乙所示的 F-v、F-v 、F-v 三个图象: 2 3 图 10 v/(m·s ) F/N -1 1 0.88 1.5 2 2 3.5 2.5 5.5 3 7.9 10 (1)数据表和图乙的三个图象是正在用尝试探究向心力 F 和圆柱体线速度 v 的关系时连结圆柱体 质量不变,半径 r=0.1 m 的前提下获得的.研究图象后,可得出向心力 F 和圆柱体速度 v 的关系式:__________________. (2)为了研究 F 取 r 成反比的关系,尝试时除了连结圆柱体质量不变外,还应连结物理量 ________不变. v2 (3)若已知向心力的表达式为 F=m ,按照的图线能够推算出,本尝试中圆柱体的质量 r 为____________. 谜底 (1)F=0.88v 2 (2)线)研究数据表和图乙中 B 图不罕见出 F∝v ,进一步研究知图乙斜率 k= 故 F 取 v 的关系式为 F=0.88v . (2)线)由 F=m =0.88v ,r=0.1 m,所以 m=0.088 kg. r 11