21 第4章 实验6 探究向心力大小的表达式（PPT课件）-【金版新学案】2024高考物理大一轮复习讲义·高三总复习（新教材新高考版）

实验六　探究向心力大小的表达式 第四章　曲线运动 基础梳理 夯根基 考点研析 提能力 课时精练(二十一)　探究向心力大小的表达式 内容索引 01 基础梳理 夯根基 一、实验目的 1．学会使用向心力演示器。 2．会用控制变量法探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系。 二、实验原理、器材 1．探究方法：控制变量法。 2．实验设计思路 (1)定性感知实验：如图所示，细线穿在圆珠笔的杆中，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 并用力转动，使小物体做圆周运动，可近似地认为作用在小 物体上的细线的拉力提供了小物体做圆周运动所需的向心力， 而细线的拉力可用牵住细线的手的感觉来判断。 (2)定量分析实验： ①控制小物体质量和做圆周运动的半径不变，探究向心力与角速度的关系。 ②控制小物体质量和角速度不变，探究向心力与半径的关系。 ③控制小物体做圆周运动的半径和角速度不变，探究向心力与质量的关系。 3．实验器材 质量不同的小物体若干、空心圆珠笔杆、细线(长约60 cm)、向心力演示器。 三、实验步骤与操作 1．定性感知影响向心力大小的因素： (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，改变小物体的角速度进行实验。 (3)在角速度和做圆周运动的半径不变的条件下，换用不同质量的小物体进行实验。 2．定量分析向心力与质量、角速度、半径的关系： (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)重复几次以上实验。 (5)实验数据记录 ①m、r一定时： 序号 1 2 3 4 5 6 Fn ω ω2 ②m、ω一定时： ③r、ω一定时： 序号 1 2 3 4 5 6 Fn r 序号 1 2 3 4 5 6 Fn m 四、实验数据处理 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。 五、注意事项 1．定性感知实验中，小物体受到的重力与拉力相比可忽略。 2．使用向心力演示器时应注意 (1)将横臂紧固螺钉旋紧，以防小物体和其他部件飞出而造成事故。 (2)摇动手柄时应力求缓慢加速，注意观察其中一个测力计的格数。达到预定格数时，即保持转速均匀恒定。 返回 02 考点研析 提能力 教材原型实验 例1　(2022·福建漳州市模拟)某实验小组利用如图所示的装置进行“探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系”实验。转动手柄，可使变速塔轮、长槽和短槽随之匀速转动。塔轮自上而下有三层，每层左、右半径之比均不同。左、右塔轮通过皮带连接，并可通过改变皮带所处层来改变左、右塔轮的角速度之比。实验时，将两个小球分别放在短槽C处和长槽的A(或B)处，A、C到左、右塔轮中心的距离相等，两个小球随塔轮做匀速圆周运动，向心力大小关系可由标尺露出的等分格的格数判断。 (1)在研究向心力的大小F与质量m、角速度ω和半径r之间的关系时我们主要用到了物理学中的________方法(填选项前的字母)； A．理想实验法 B．等效替代法 C．控制变量法 D．演绎法 (2)实验中某同学把两个质量相等的钢球放在A、C位置，皮带所连接的左、右变速塔轮的半径之比为3∶1，转动手柄，观察左右标出的刻度，回答下列两个问题： ①该操作过程可用来探究向心力大小F与________(填选项前的字母)； A．质量m的关系 B．半径r的关系 C．角速度ω的关系 ②该同学准确操作实验，则在误差允许范围内，标尺上的等分格显示出左、右两个小球所受向心力之比为________。 解析：(1)在研究向心力的大小F与质量m、角速度ω和半径r之间的关系时我们主要用到了物理学中的控制变量法，故选C。 (2)①由题图可知，两个钢球质量和运动半径相等，则是在研究向心力的大小与角速度的关系，故选C；②左右塔轮半径之比为3∶1，两轮边缘处的线速度大小相等，根据