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PPT)-【赢在微点·顶层设计】2025年高中物理高考一轮总复习

高考复习顶层设计·物理 1 赢在微点 高考复习顶层设计 物理 第四章 曲线运动　万有引力与宇宙航行 2 实验6　探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系 3 1.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。 2.会用作图法处理实验数据,掌握“化曲为直”的思想。 实验6　探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 点击 导航 高效训练·提能 实验类型·突破 实验储备·归纳 实验储备·归纳 自主落实 回扣教材 实验6　探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 点击 导航 高效训练·提能 实验类型·突破 实验储备·归纳 实验6　探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 点击 导航 高效训练·提能 实验类型·突破 实验储备·归纳 实验类型·突破 关键能力 深度剖析 实验6　探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 点击 导航 高效训练·提能 实验类型·突破 实验储备·归纳 【典例1】　如图所示,是用来研究向心力与转动物体的半径、质量以及角速度之间关系的向心力演示器。 类型1　实验基本技能应用 实验6　探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 点击 导航 高效训练·提能 实验类型·突破 实验储备·归纳 (1)这个实验所用的主要研究方法是________(填选项字母)。 A.控制变量法 B.等效代替法 C.理想实验法 D.假设法 (2)图中两个相同的钢球位置距各自转轴的距离相等,由此可推测出是在研究向心力的大小F与________的关系(填选项字母)。 A.质量m　　　 B.角速度ω 　　　C.半径r 实验6　探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 点击 导航 高效训练·提能 实验类型·突破 实验储备·归纳 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,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,A项正确。 (2)图中两球的质量相同,转动的半径相同,则研究的是向心力与角速度的关系,B项正确。 答案　(1)A　(2)B 实验6　探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 点击 导航 高效训练·提能 实验类型·突破 实验储备·归纳 【典例2】　如图所示,图甲为“向心力演示器验证向心力公式”的实验示意图,图乙为俯视图。图中A、B槽分别与a、b轮同轴固定,且a、b轮半径相同。当a、b两轮在皮带的带动下匀速转动时: 实验6　探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 点击 导航 高效训练·提能 实验类型·突破 实验储备·归纳 (1)两槽转动的角速度ωA________(填“>”“=”或“<”)ωB。 (2)现有两质量相同的钢球,①球放在A槽的边缘,②球放在B槽的边缘,它们到各自转轴的距离之比为2∶1。则钢球①、②的线速度大小之比为________;受到的向心力大小之比为________。 实验6　探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 点击 导航 高效训练·提能 实验类型·突破 实验储备·归纳 解析　(1)因两轮a、b转动的角速度相同,而两槽的角速度与两轮角速度相同,则两槽转动的角速度相等,即ωA=ωB。 (2)钢球①、②的角速度相同,半径之比为2∶1,则根据v=ωr可知,线速度大小之比为2∶1;根据F=mω2r可知,受到的向心力大小之比为2∶1。 答案　(1)=　(2)2∶1　2∶1 实验6　探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 点击 导航 高效训练·提能 实验类型·突破 实验储备·归纳 考向1　实验装置创新 【典例3】　某实验小组通过如图所示的装置验证向心力的表达式。滑块套在水平杆上,随杆一起绕竖直杆做匀速圆周运动,力传感器通过一细绳连接滑块,用来测量向心力F的大小。滑块上固定一遮光片,宽度为d,图示位置滑块正上方有一光电门固定在铁架台的横杆上。滑块旋转半径为R,每经过光电门一次,通过力传感器和光电门就同时获得一组向心力F和角速度ω的数据。 类型2　实验的迁移、拓展和创新 实验6　探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 点击 导航 高效训练·提能 实验类型·突破 实验储备·归纳 (1)某次旋转过程中遮光片经过光电门时的遮光时间为Δt,则角速度ω=________。 (2)以F为纵坐标,以________(填“Δt”“”“Δt2”或“”)为横坐标,可在坐标纸中描出数据点作一条直线,从而验证向心力大小与角速度的平方成正比;若所得图像的斜率为k,则滑块的质量为_______(用所测物理量k、d、R、ω表示)。 实验6　探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 点击 导航 高效训练·提能 实验类型·突破 实验储备·归纳 解析　(1)由题意可得,滑块过光电门的速度为v=,则角速度为ω== 。 (2)根据向心力公式可得F=mω2R,则F=mR=,由题意可知,斜率k=,故m=。 答案　(1)　(2)　 实验6　探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 点击 导航 高效训练·提能 实验类型·突破 实验储备·归纳 考向2　实验目的改变 【典例4】　如图是利用激光测定圆盘圆周运动的原理示意图,图中光源和接收器固定,圆盘绕固定轴匀速转动,圆盘边缘侧面有一小段涂有反光材料(侧面其他部分不反射光)。圆盘转动到图示位置时,接收器开始接收到反光涂层所反射的激光束,接收器第1次刚接收到激光束至第n+1次刚接收到激光束所用时间为T0,每次接收激光束持续时间为t,圆盘的直径为d,圆周率用π表示。(计算结果用题中所给字母表示) 实验6　探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 点击 导航 高效训练·提能 实验类型·突破 实验储备·归纳 (1)由实验可知,圆盘转动周期T=________。 (2)圆盘边缘上的点的向心加速度大小an=________。 (3)圆盘侧面反光涂层的长度l=________。 实验6　探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 点击 导航 高效训练·提能 实验类型·突破 实验储备·归纳 解析　(1)由实验可知,圆盘转动周期T=。 (2)圆盘转动的角速度为ω==,圆盘边缘上的点的向心加速度大小为an=rω2==。 (3)由题意可得=,解得l=。 答案　(1)　(2)　(3) 实验6　探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 点击 导航 高效训练·提能 实验类型·突破 实验储备·归纳 高效训练·提能 拓广视野 智学慧考 实验6　探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 点击 导航 高效训练·提能 实验类型·突破 实验储备·归纳 1.一物理兴趣小组利用学校实验室的数字实验系统“探究物体做圆周运动时向心力与角速度、半径的关系”。在保证重物的质量m和做圆周运动的角速度ω不变的情况下,改变重物做圆周运动的半径r,得到几组向心力F与半径r的数据,记录到表1中。 表1　向心力F与半径r的测量数据 次数 1 2 3 4 5 半径r/mm 50 60 70 80 90 向心力F/N 5.46 6.55 7.64 8.74 9.83 实验6　探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 点击 导航 高效训练·提能 实验类型·突破 实验储备·归纳 在保证重物的质量m和做圆周运动的半径r不变的情况下,改变重物做圆周运动的角速度ω,得到几组向心力F和角速度ω的数据,记录到表2中。 表2　向心力F与角速度ω的测量数据 次数 1 2 3 4 5 角速度ω/(rad·s-1) 6.58 9.3 11.0 14.4 21.8 向心力F/N 0.098 3 0.226 6 0.282 1 0.458 3 1.080 7 实验6　探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 点击 导航 高效训练·提能 实验类型·突破 实验储备·归纳 (1)根据上面的测量结果,分别在图甲和图乙中作出F-r图线和F-ω图线。 实验6　探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 点击 导航 高效训练·提能 实验类型·突破 实验储备·归纳 (2)若作出的F-ω图线不是直线,可以尝试作F-ω2图线,试在图丙中作出 F-ω2图线。 (3)通过以上实验探究可知,向心力与转动半径成________,与角速度的二次方成________。 实验6　探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 点击 导航 高效训练·提能 实验类型·突破 实验储备·归纳 解析　在坐标系中描点作图可得F-r的图线为过原点的直线,则F与r成正比,F-ω图线不是直线,但F-ω2图线为过原点的直线,则F与ω2成正比。 答案　(1) (2) (3)正比　正比 实验6　探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 点击 导航 高效训练·提能 实验类型·突破 实验储备·归纳 2.某科技小组想验证匀速圆周运动向心力大小的表达式Fn=mω2r,装置如图,用能够显示并调节转动频率的小电动机带动竖直轴匀速转动,OB为竖直轴的中心线,长为d的水平横臂OA固定在OB上,不可伸长的轻细线上端固定在A处,下端穿过球心并固定。在装置后面放一贴有白纸的竖直平板,调节装置使初位置OA、OB所在的平面与竖直平板平行,用平行光源将装置垂直投影在竖直板的白纸上。 ①描下装置在白纸上的投影OB和OA,测出OA投影长度也为d,说明平行光源与墙垂直。 实验6　探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 点击 导航 高效训练·提能 实验类型·突破 实验储备·归纳 ②启动电动机,记录电动机的转动频率f,当小球转动稳定时,利用直尺与影子相切,描下小球轨迹在白纸上影子的最下边缘水平切线CB,记下小球到达最右边缘影子的竖直切线CC1,CB与CC1交于C点,B为CB与OB的交点。 ③关闭电动机,改变电动机的转动频率,重复上述实验。 实验6　探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 点击 导航 高效训练·提能 实验类型·突破 实验储备·归纳 (1)已知当地的重力加速度为g,测出了小球的直径D,为验证向心力公式,还需测量________(填选项字母)。 A.小球的质量m B.OB高度差h C.AC绳长L D.画出CA延长线与BO延长线的交点E,测EB的距离H 实验6　探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 点击 导航 高效训练·提能 实验类型·突破 实验储备·归纳 (2)丙同学作出(1)中正确选择的物理量随________变化的图像为一直线,但不过原点。如果图像纵轴截距为________,斜率为________,则可验证向心力公式Fn=mω2r成立。(用第一问已知或所测的量表示) 实验6　探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 点击 导航 高效训练·提能 实验类型·突破 实验储备·归纳 解析　(1)设细线与竖直方向的夹角为θ,根据牛顿第二定律mgtan θ= mω2r,球心所在平面B'C'与E高度差为,则r=tan θ,结合ω=2πf,联立得g=4π2f 2,故画出CA延长线与BO延长线的交点E, 测EB的距离H,可以验证向心力公式,D项正确。 实验6　探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 点击 导航 高效训练·提能 实验类型·突破 实验储备·归纳 (2)根据g=4π2f 2得H=·+,则H随变化的图像为一直线, 但不过原点。如果图像纵轴截距为,斜率为,则可验证向心力公式Fn=mω2r成立。 答案　(1) D　(2)　　 实验6　探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 点击 导航 高效训练·提能 实验类型·突破 实验储备·归纳 3.利用甲图装置可以测量圆盘加速转动时的角速度ω以及角加速度β。物理学上把角速度的变化Δω与发生这一变化所用时间Δt的比值定义为角加速度β。有一定厚度的圆盘可以绕通过中心垂直于盘面的水平轴转动。圆盘加速转动时,纸带随圆盘运动通过打点计时器打上一系列点。用50分度的游标卡尺测得圆盘的直径如图乙,用此装置打出的一条纸带如图丙(打点计时器所接交流电的频率为50 Hz,A、B、C、D…为计数点,相邻两计数点间有四个点未画出)。 实验6　探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 点击 导航 高效训练·提能 实验类型·突破 实验储备·归纳 实验6　探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 点击 导航 高效训练·提能 实验类型·突破 实验储备·归纳 (1)据图乙读出圆盘的直径为________mm。 (2)据图丙计算,打D点时圆盘转动的角速度为________rad/s(保留3位有效数字)。 (3)依图丙可知,圆盘转动的角加速度大小为________rad/s2(保留3位有效数字)。 实验6　探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 点击 导航 高效训练·提能 实验类型·突破 实验储备·归纳 解析　(1)游标卡尺为50分度,精确度为0.02 mm,读数等于主尺读数与游标尺读数之和,所以圆盘的直径为d=50 mm+47×0.02 mm=50.94 mm。 (2)相邻两计数点间的时间间隔为T==0.1 s,由题图丙可知,相邻两个T时间内,纸带的位移之差恒为0.6 cm,所以纸带做匀加速直线运动,打D点时纸带的瞬时速度等于C、E两点之间的平均速度,为vD== m/s= 0.41 m/s,圆盘的半径为r==25.47 mm,打D点时圆盘转动的角速度为ωD=≈16.1 rad/s。 实验6　探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 点击 导航 高效训练·提能 实验类型·突破 实验储备·归纳 (3)纸带的加速度大小等于圆盘边缘的切向加速度大小,为a==0.6 m/s2,结合角加速度的定义以及角速度和线速度之间的关系可得β==·= ≈23.6 rad/s2。 答案　(1)50.94　(2)16.1　(3)23.6 实验6　探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 点击 导航 高效训练·提能 实验类型·突破 实验储备·归纳 本部分内容讲解结束 $$