第四章 实验六　探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系-【南方凤凰台】2024高考物理一轮复习导学案 广东（新教材新高考）课件

第四章　 抛体运动与圆周运动 实验六　 探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系 高考总复习 一轮复习导学案 · 数学（提高版） 高考一轮复习·南方凤凰台·物理 1 夯实双基 基 础 梳 理 1. 实验目的 （1） 探究向心力与半径大小关系. （2） 探究向心力与角速度大小关系. （3） 探究向心力与质量大小关系. 夯实双基 2. 实验原理 探究向心力与多个物理量之间的关系，采用了 　控制变量法　⁠的思想方法.如图所示，匀速转动手柄，使塔轮、长槽和短槽匀速转动，槽内的小球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.而该弹力大小可以通过 　标尺　⁠上刻度读出，该读数显示了向心力大小.  控制变量法　 标尺　 可以通过两个小球同时做圆周运动对照. （1） 在 　质量、半径　⁠不变的情况下， 探究向心力大小与角速度关系.  （2） 在 　角速度、质量　⁠不变的情况下， 探究向心力大小与半径关系.  （3） 在 　半径、角速度　⁠不变的情况下，探究向心力大小与质量关系.  质量、半径　 角速度、质量　 半径、角速度　 夯实双基 3. 实验器材 向心力演示器、质量不等的小球. 4. 实验步骤 （1） 分别将两个质量相等的小球放在仪器的两个小槽中，且小球到转轴（圆心）距 离相同，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不相等，转动转盘，观察标尺上显示的向心力大小，分析向心力与圆周运动角速度的大小关系.  （2） 分别将两个质量 　相等　⁠的小球放在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（圆心）距离不同，圆周运动半径不等.转动转盘，观察标尺上显示的向心力大小，分析向心力与圆周运动半径 的大小关系.  相等　 相等　 相等　 （3） 分别将两个质量不相等的小球放在仪器的两个小槽中，且小球到转轴（圆心）距离相同，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.转动转盘观察标尺上显示的向心力大小，分析向心力与小球质量的大小关系. （4） 重复几次以上操作，记录下相应数据. 夯实双基 5. 数据处理 分别作出 　Fn－ω2　⁠、Fn －r、Fn －m的图像，分析向心力与角速度、半径、质量之间的关系，并得出结论.  6. 注意事项 摇动手柄时应缓慢加速，注意观察其中一个标尺的格数.到达预先设置的格数时，保持转速均匀不变，观察并记录其余读数. Fn－ω2　 夯实双基 素养发展 ⁠  教材原型实验  ⁠　探究向心力大小F与小球质量m、角速度ω和半径r之间关系的装置如图所示，转动手柄，可使变速塔轮、长槽和短槽随之匀速转动.皮带分别套在塔轮的圆盘上，可使两个槽内的小球分别以不同角速度做匀速圆周运动.小球做圆周运动的向心力由横臂的挡板提供，小球对挡板的弹力使弹簧测力筒下降，露出测力筒内的标尺，标尺上露出的红白相间的等分格数之比为两个小球所受向心力的比值.已知小球在挡板A、B、C处做圆周运动的轨迹半径之比为1∶2∶1. （1） 利用了 　控制变量法　⁠（填“理想实验法” “等效替代法”或“控制变量法”）的思想方法 探究向心力的大小与小球质量m、角速度ω和半径r 之间的关系.  解析：分别探究向心力大小与质量m、角速度ω、 半径r之间的关系，所以利用控制变量法. 控制变量法　 素养发展 8 （2） 探究向心力的大小与圆周运动半径的关系时，应选择两个质量 　相同　⁠（填“相同”或“不同”）的小球，分别放在挡板C与 　挡板B　⁠（填“挡板A”或“挡板B”）处，同时选择半径 　相同　⁠（填“相同”或“不同”）的两个塔轮.  解析：探究向心力大小与圆周运动半径的关系时，需要控制小球的质量和运动角速度相同，所以应选择两个质量相同的小球.半径不同，分别放在挡板C和挡板B处，同时选择半径相同的两个塔轮. （3） 当用两个质量相等的小球操作，调整长槽中小球的轨道半径使其为短槽中的两倍，转动时发现左、右标尺上露出的红白相间的等分格数之比为1∶2，则左、右两边塔轮的半径之比为 　2∶1　⁠.  解析：据F＝mω2R，由题意可知F右＝2F左，R左＝2R右，可得ω左∶ω右＝1∶2， 由v＝ωr可得r左轮∶r右轮＝2∶1，左、右两边塔轮的半径之比是2∶1. 相同　 挡板B　 相同　 2∶1　 素养发展 ⁠　如图1所示是某同学验证“做圆周运动的物体所受向心力大小与线速度关系”的装置.一根细线系住钢球，悬挂在铁架台上，钢球静止于A点，光电门固定在 A的正下方靠近A处.在钢球底部竖直地粘住一片宽度为d的遮光条，小钢球的质量为m，重力加速度为g. 图1 图2 （1） 将小球竖直悬挂，测出悬点到钢球球 心之间的距离，得到钢球