20 第4章 实验6 探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系（课件）-2023高考物理【金版新学案】大一轮复习讲义·高三总复习（新高考 广东版）

实验六　探究向心力大小与半径、 角速度、质量的关系 第四章　曲线运动　万有引力与航天　 栏目导引 实验基础 自主落实 栏目一 核心题型 分层突破 栏目二 实验基础 返回 返回 返回 返回 核心题型 返回 返回 返回 返回 返回 返回 返回 返回 返回 返回 返回 返回 返回 返回 返回 返回 返回 返回 返回 返回 [友情提示]　每道习题都是一个高考点，每项训练都是对能力的检验， 认真对待它们吧！进入“章末素养评价（四）”，去收获希望，体验成 功！本栏目内容以活页形式分册装订 返回 返回 一、实验思路与操作 装置图与思路 操作要领 (1)定性感知(图1) 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 ②在小物体的质量和做圆周运动的半径不变的条件下，改变物体的角速度进行实验 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 装置图与思路 操作要领 思路： (1)定性感知向心力的大小与什么因素有关 (2)用控制变量法探究向心力与质量、角速度、半径的定量关系 (2)定量分析(图2) ①保持ω和r相同，研究小球做圆周运动所需向心力Fn与质量m之间的关系(如图所示)，记录实验数据 ②保持m和r相同，研究小球做圆周运动所需向心力Fn与角速度ω之间的关系(如图所示)，记录实验数据 ③保持ω和m相同，研究小球做圆周运动所需向心力Fn与半径r之间的关系(如图所示)，记录实验数据 二、数据处理与分析 1．分别作出Fn­ω2、Fn­r、Fn­m的图像。 2．实验结论： (1)在质量和半径一定的情况下，向心力的大小与角速度的平方成正比。 (2)在质量和角速度一定的情况下，向心力的大小与半径成正比。 (3)在半径和角速度一定的情况下，向心力的大小与质量成正比。 三、注意事项 1．定性感知实验中，轻小物体受到的重力与拉力相比可忽略。 2．使用向心力演示仪时应注意 (1)实验前应将横臂紧固，螺钉旋紧，以防球和其他部件飞出造成事故。 (2)实验时，不宜使标尺露出格数太多，以免由于球沿滑槽外移引起过大的误差。 (3)摇动手柄时，应力求转速缓慢均匀增加。 (4)皮带跟塔轮之间要拉紧。 题型一　教材原型实验 (2021·北京市海淀区三模)在探究小球做圆周运动所需向心力的大小Fn与质量m、角速度ω和半径r之间的关系的实验中。 (1)在探究向心力的大小Fn与角速度ω的关系时，要保持________相同。 A．ω和r B．ω和m C．m和r D．m和Fn (2)本实验采用的实验方法是____________。 A．累积法 B．控制变量法 C．微元法 D．放大法 (3)甲同学在进行如图甲所示的实验，他是在研究向心力的大小Fn与______________的关系。可以得到的正确结果是_________________________。 (4)乙同学把两小球都换为钢球，且质量相等，如图乙所示，实验中观察到标尺上红白相间的等分格显示出两个小球所受向心力的比值为1∶4。由圆周运动知识可以判断与皮带连接的变速塔轮相对应的半径之比为________。 解析：　(1)在探究向心力的大小Fn与质量m、角速度ω和半径r之间的关系时，需先控制其他物理量不变，研究另外两个物理量的关系。所以在探究向心力的大小Fn与角速度ω的关系时，要保持小球的质量m与运动的半径r相同。故C正确。 (2)在实验时需先控制某些量不变，研究另外两个物理量的关系，该方法为控制变量法。故B正确。 (3)甲同学在进行如图甲所示的实验，由图甲可知，两球一个为铝球一个为钢球，质量不同，所以他是在研究向心力的大小Fn与质量的关系，故得到的正确结果是：做圆周运动的物体在转动半径和角速度一定的情况下，向心力的大小与质量成正比。 (4)两球所受向心力之比为1∶4，转动半径和质量相等，根据Fn＝mω2r，则转动的角速度之比为1∶2，因为两变速塔轮靠皮带传动，变速塔轮边缘的线速度大小相等，根据v＝ωr′知与皮带连接的变速塔轮对应的半径之比为2∶1。 答案：　(1)C　(2)B　 (3)质量　做圆周运动的物体，在转动半径和角速度一定的情况下，向心力的大小与质量成正比　 (4)2∶1 针对练1．(2022·武汉部分学校起点质检)用如图所示的向心力演示器探究向心力大小的表达式。匀速转动手柄，可以使变速塔轮以及长槽和短槽随之匀速转动，槽内的小球也随着做匀速圆周运动。小球做匀速圆周运动的向心力由横臂的挡板对小球的压力提供，球对挡板的反作用力通过横臂的杠杆作用使弹簧测力套筒下降，从而露出标尺。 (1)为了探究向心力大小与物体质量的关系，可以采用________(选填“等效替代法”“控制变量法”或“理想模型法”)。 (2)根据标