第4章 第5讲 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】2027年高中物理高考一轮总复习

第5讲 第四章 抛体运动　圆周运动 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 微在字里 赢在行间 目 标 要 求 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。 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 考点1　实验基本技能 考点2　实验的迁移、拓展和创新 内容 索引 温馨提示:点击标题链接相关内容 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 实验基本技能 赢在微点 物理 大一轮 考点1 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 5 1.实验原理。 本实验需要探究向心力与多个物理量之间的关系，因而实验采用_________法。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 标尺 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 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)在两小球质量和转动半径相等的情况下，探究向心力大小与____ _______的关系。 (2)在两小球质量和角速度相等的情况下，探究向心力大小与______的关系。 (3)在转动半径和角速度相等的情况下，探究向心力大小与_______的关系。 角 速度 半径 质量 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 2.实验器材。 向心力演示器、小球。 3.实验步骤。 (1)把两个质量不同的小球放在长槽和短槽上，调整塔轮上的皮带和小球的位置，使两球的转动半径和角速度都相同。转动手柄，观察向心力大小和质量的关系。 (2)换两个质量相同的小球，使两球的角速度相同。再增大长槽上小球的转动半径，使两球的转动半径不同。转动手柄，观察向心力大小和半径的关系。 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 (3)把两个质量相同的小球放在长槽和短槽上，使它们的转动半径相同，调整皮带的位置，使两球转动的角速度不同，转动手柄。观察向心力大小和角速度的关系。 4.数据处理。 分别作出F-m、F-r、F-ω2图像，分析向心力大小与质量、半径、角速度之间的关系。 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 5.注意事项。 (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，应力求加速缓慢，速度增加均匀。 (4)皮带跟塔轮之间要拉紧。 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 【典例1】　(2023·浙江卷)“探究向心力大小的表达式”实验装置如图所示。  (1)采用的实验方法是______(填选项字母)。  A.控制变量法　　B.等效法　　C.模拟法 本实验先控制住其他几个因素不变，集中研究其中一个因素变化所产生的影响，采用的实验方法是控制变量法，A项正确。 解析 A 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 (2)在小球质量和转动半径相同的情况下，逐渐加速转动手柄到一定速度后保持匀速转动。此时左右标尺露出的红白相间等分标记的比值等于两小球的_________________(填“线速度大小”“角速度平方”或“周期平方”)之比；在加速转动手柄过程中，左右标尺露出红白相间等分标记的比值________(填“不变”“变大”或“变小”)。  角速度平方 不变 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 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，根据F=mrω2，在小球质量和转动半径相同的情况下，可知左、右标尺露出的红白相间等分标记的比值等于两小球的角速度平方之比。设皮带两塔轮的半径为R1、R2，塔轮的线速度为v，则有ω1=，ω2=，小球质量和转动半径相同的情况下，可知==，由于两变速盘的半径之比不变，则两小球的角速度平方之比不变，左、右标尺露出红白相间等分标记的比值不变。 解析 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 实验的迁移、拓展和创新 赢在微点 物理 大一轮 考点2 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 14 考向1 实验装置创新 【典例2】　(2024·海南卷)水平圆盘上紧贴边缘放置一密度均匀的小圆柱体，如图甲所示，图乙为俯视图，测得圆盘直径D= 42.02 cm，圆柱体质量m=30.0 g，圆盘绕过盘心O的竖直轴匀速转 动，转动时小圆柱体相对圆盘静止。 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 为了研究小圆柱体做匀速圆周运动时所需要的向心力情况，某同学设计了如下实验步骤： (1)用秒表测圆盘转动10周所用的时间t=62.8 s，则圆盘转动的角速度ω=______rad/s(π取3.14)。  圆盘转动10周所用的时间t=62.8 s，则圆盘转动的周期为T= s，根据角速度与周期的关系有ω==1 rad/s。 解析 1 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 (2)用游标卡尺测量小圆柱体不同位置的直径，某次测量的示数如图丙所示，该读数d=________mm，多次测量后，得到平均值恰好与d相等。  根据游标卡尺的读数规则有16 mm+2×0.1 mm=16.2 mm。 解析 16.2 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 (3)写出小圆柱体所需向心力表达式F=_____________(用D、m、ω、d表示)，其大小为____________N(保留2位有效数字)。 小圆柱体做圆周运动的半径为r=，则小圆柱体所需向心力表达式F=，代入数据有F=6.1×10-3 N。 解析 6.1×10-3 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 考向2 实验目的改变 【典例3】　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) 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 (1)由实验可知，圆盘转动周期T=______。  由实验可知，圆盘转动周期T=。 解析   高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 (2)圆盘边缘上的点的向心加速度大小an=__________。  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==。 解析   高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 (3)圆盘侧面反光涂层的长度l=_________。  由题意可得=，解得l=。 解析   高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 把握高考微点，实现素能提升 完成——微练16 本部分内容讲解结束 $$