第23讲：探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系（课件）——备战2024年高考物理一轮复习全面攻略

主讲老师：陈庆威 第23讲：探究 向心力大小与半径、角速度、质量的关系 考点 考题统计 考情分析 探究向心力大小与半径、角速度和质量的关系 2023年1月浙江卷第17题 考查的频率和难度均不大 考情分析 目录 CONTENT 基本原理 创新设计 基本原理 第一部分 实验思路 01. 必备知识 本实验探究向心力与多个物理量之间的关系，因而实验方法采用了____ 　　　　，如图所示，匀速转动手柄，可以使塔轮、长槽和短槽匀速转动，槽内的小球也就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(指向圆周运动的圆心)的弹力作为小球做匀速圆周运动的向心力，可以通过　　　上 露出的红白相间等分标记，粗略 计算出两球所需向心力的比值. 控制 变量法 标尺 实验思路 01. 必备知识 在实验过程中可以通过两个小球同时做圆周运动对照，分别分析下列情形： (1)在　　　　　　一定的情况下，探究向心力大小与角速度的关系. (2)在　　　　　　　一定的情况下，探究向心力大小与半径的关系. (3)在　　　　　　　一定的情况下，探究向心力大小与质量的关系. 质量、半径 质量、角速度 半径、角速度 实验器材 02. 向心力演示器、小球. 必备知识 当转动手柄1时,变速塔轮2和3就随之转动,放在长滑槽4和短滑槽5中的球A和B都随之做圆周运动。球由于惯性而滚到横臂的两个短臂挡板6处,短臂挡板就推压球,给球提供了做圆周运动所需的向心力。 由于杠杆作用,短臂向外时,长臂就压缩 塔轮转轴上的测力部分的弹簧,使测力 部分套管7上方露出标尺8的格数,便显示 出了两球所需向心力之比。 实验步骤 03. 必备知识 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　　　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　　　，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). 相等 相等 数据处理 04. 必备知识 分别作出　　　　、Fn－r、Fn－m的图像，分析向心力大小与角速度、半径、质量之间的关系，并得出结论. Fn－ω2 实验结论: 物体做圆周运动需要的向心力跟物体的质量成正比,跟半径成正比,跟角速度的二次方成正比。 注意事项 05. 必备知识 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.使用向心力演示器时应注意： (1)将横臂紧固螺钉旋紧，以防小球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。 学以致用 08. 例题1 (2023·湖南邵阳市第二中学模拟)用如图所示的实验装置来探究小球做圆周运动所需向心力的大小F与质量m、角速度ω和半径r之间的关系，转动手柄使长槽和短槽分别随塔轮匀速转动，槽内的球就做匀速圆周运动.横臂的挡板对球的压力提供了向心力，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，标尺上的红白相间的等分格显示 出两个小球所受向心力的比值.实验用球 分为钢球和铝球，请回答相关问题： 学以致用 08. 例题1 【参考答案：B】 (1)在某次实验中，某同学把两个质量相等的钢球放在A、C位置，A、C到塔轮中心距离相等，将皮带处于左、右塔轮的半径不等的层上.转动手柄，观察左右标尺的刻度，此时可研究向心力的大小与____的关系. A.质量m　　 B.角速度ω　　 C.半径r 把两个质量相等的钢球放在A、C位置时，则控制质量相等、半径相等，研究的目的是向心力的大小与角速度的关系，故选B. 学以致用 08. 例题1 (2)在(1)的实验中，某同学匀速转动手柄时，左边标尺露出4个格，右边标尺露出1个格，则皮带连接的左、右塔轮半径之比为______；其他条件不变，若增大手柄转动的速度，则左、右两标尺的示数将______，两标尺示数的比值______(均选填“变大”“变小”或“不变”). 1∶2 变大 不变 学以致用 08. 解析 由题意可知左、右两球做圆周运动所需的向 心力之比为F左∶F右＝4∶1，则由F＝mrω2， 可得　 ＝2，由v＝Rω可知，皮带连接的左、 右塔轮半径之比为R左∶R右＝ω右∶ω左＝1∶2, 其他条件不变， 若增大手柄转动的速度，则角速度均增大，由F＝mrω2，可知左、右两标尺的示数将变大，但半径之比不变， 必刷真题