2026届高考物理一轮复习课件：4.6实验六 探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系

该高中物理高考复习课件聚焦“探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系”实验专题，覆盖高考对曲线运动实验的核心考查要求，包括控制变量法应用和图像法数据处理。通过梳理向心力公式F=mrω²的实验验证过程，对接高考评价体系中对科学探究能力的考查，分析近五年实验题中“数据处理”占比45%、“误差分析”占30%的高频考点，归纳出实验步骤设计、图像斜率计算等常考题型。 课件亮点在于“原理建构-过程模拟-真题实战”的三阶复习模式，融入2024年海南卷真题（典例6），通过分析角速度计算、向心力表达式推导，培养学生科学思维中的科学推理和科学探究中的证据分析能力。针对“标尺读数不稳定”等易错点，提供控制变量法答题模板和图像法误差规避技巧，助力学生掌握实验题得分关键，教师可据此精准开展针对性复习，提升备考效率。

第四章 曲线运动 第6讲 实验六：探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系 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.会用图像法处理数据。 第6讲 实验六：探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系 【目标要求】 02 01 目录 CONTENTS 03 04 实验原理与器材 实验过程与注意事项 数据处理与误差分析 创新实验 第6讲 实验六：探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系 3 1.实验思路 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　　　　　　，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，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 一、实验原理与器材 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。 2.实验器材 向心力演示器、小球。 质量、半径 质量、角速度 半径、角速度 一、实验原理与器材 二、实验过程与数据处理 3.实验过程 (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，记录不同半径下的向心力大小(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 二、实验过程与数据处理 序号 1 2 3 4 5 6 F向             ω             ω2             序号 1 2 3 4 5 6 F向             r             二、实验过程与数据处理 (2)图像法 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 4.数据处理 (1)列表法 ①m、r一定 ②m、ω一定 5.注意事项 三、注意事项与误差分析 6.误差分析 ①红白相间等分标记只能粗略反映出两球所需向心力 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，注意观察其中一个标尺的格数。达到预定格数时，即保持转速恒定，观察并记录其余读数。 ②读数时标尺露出的红白相间的等分格数不稳定 考点二 创新角度 创新示例 实验方案及器材的创新 以拉力传感器、速度传感器、转速测量仪的使用使实验方案得以改进，有利于物理量的测量 实验目的的创新 以圆周运动的形式测量其他物理量 四、创新实验 (2)为了探究小球受到的向心力大小和角速度的关系，现将一铁球放在C处，对另一小球，以下做法正确的是　　　　。 A.选用相同的铁球放在A处 B.选用相同的铁球放在B处 C.选用相同大小的铝球放在A处 D.选用相同大小的铝球放在B处 【典例1】“探究向心力大小的表达式”的实验装置如图所示。小球放在挡板A、B或C处做圆周运动的轨道半径之比为1∶2∶1，小球与挡板挤压，弹簧测力套筒内的标尺可显示力的大小关系。 (1)本实验利用的物理方法为　　　　。 A.理想实验法 B.控制变量法 C.等效替代法 B 课堂练习 A (3)通过本实验可以得到的结果有　　　　。 A.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 B.在质量和半径一定的情况下，向心力的大小与角速度成反比 C.在质量和半径一定的情况下，向心力的大小与角速度成正比 D.在质量和角速度一定的情况下，向心力的大小与半径成反比 A 课堂练习 (4)当用两个质量相等的小球分别放在B、C处，匀速转动时发现右边标尺上露出的红白相间的等分格数为左边的2倍，左边塔轮与右边塔轮之间的角速度之比为　　　。 1∶2 F左:F右＝1:2 r左:r右＝2:1 F＝mω2r 得ω＝ (5)用此装置做实验有较大的误差，误差产生的主要原因是　　。 A.匀速转动时的速度过大 B.读数时标尺露出的红白相间的等分格数不稳定 B 课堂练习 【典例2】某同学利用图甲所示的DIS向心力实验器材来探究砝码做圆周运动所需向心力F与其质量m、转动半径r和转动线速度v之间的关系。实验时，砝码和挡光杆随旋臂一起做圆周运动，砝码所需的向心力可通过牵引杆由力传感器测得，挡光杆每经过光电门一次，通过力传感器和光电门就同时获得一组向心力F和挡光杆挡光时间t的数据。牵引杆的质量和一切摩擦可忽略。 课堂练习 (1)为了探究向心力大小与线速度的关系，则应保持　　和　　不变(用题中给出物理量的符号表示)。 m r (2)已知挡光杆和砝码到转轴的距离均为L， 挡光杆的挡光宽度为d，在满足(1)的条件下， 改变其转速得到多组F、t的数据，得 到F－()2图线如图乙所示。根据图乙得到的实验结论是_________________________________________________。 当m、r不变时，向心力与线速度的平方成正比 (3)求得图线的斜率为k，则砝码的质量为　　(用题中给出物理量的符号表示)。 kr 课堂练习 k＝ 得:m＝kr F＝m F＝m 【典例3】一同学用如图甲所示的装置探究向心力与角速度的关系。将力传感器固定在铁架台上，将细线一端固定在力传感器上，另一端固定一个直径为d的金属小球，该同学测出小球重心到悬点的距离为L，然后拉起小球，使细线伸直与竖直方向成一角度，静止释放小球，让小球在竖直平面内做圆周运动，当小球摆到最低点时，小球中心恰好经过光电门，该同学在一次实验中测得小球通过光电门的时间为Δt。 课堂练习 (1)小球通过光电门时的角速度为　　 。 (2)多次拉起小球，每次拉起小球时细线与 竖直方向的夹角不同，每次都记录小球通 过光电门的时间Δt，作出细线拉力F与的关系图像如图乙所示，已知图像的斜率为k，截距为b，则小球的质量为　　，当地的重力加速度________ (用题中给出的字母表示)。 F－mg＝mω2L F＝mg＋ ＝k， mg＝b 【典例4】如图甲所示，某同学为了比较不同物体与转盘间动摩擦因数的大小设计了该装置。已知固定于转轴上的角速度传感器和力传感器与电脑连接，通过一不可伸长的细绳连接物块，细绳刚好拉直，物块随转盘缓慢加速。在电脑上记录如图乙所示图像。换用形状和大小相同但材料不同的物块重复实验，得到物块a、b、c分别对应的三条直线，发现a与c的纵截距相同，b与c的横截距相同，且符合一定的数量关系。回答下列问题： 课堂练习 (1)物块没有看作质点对实验是否有影响？　　　(选填“是”或“否”)  否 (2)物块a、b、c的密度之比为　　　　 。 2∶2∶1 (3)物块a、b、c与转盘之间的动摩擦因数之比为　　　　 。 1∶2∶2 F＋μmg＝mrω2 F＝mrω2－μmg 则k=mr b=－μmg 【典例5】某学习小组使用如图所示的实验装置探究向心力大小与半径、角速度、质量之间的关系，若两球分别放在长槽和短槽的挡板内侧，转动手柄，长槽和短槽随变速轮塔匀速转动，两球所受向心力的比值可通过标尺上的等分格显示，当皮带放在皮带盘的第一挡、第二挡和第三挡时，左、右变速轮塔的角速度之比分别为1∶1，1∶2和1∶3。 课堂练习 (1)第三挡对应左、右皮带盘的半径之比为　　　　。 3∶1 (2)探究向心力大小与质量之间的关系时，把皮带放在皮带盘的第一挡后，应将质量　　　　(选填“相同”或“不同”)的铝球和钢球分别放在长、短槽上半径　　　　(选填“相同”或“不同”)处挡板内侧； 不同 相同 18 (3)探究向心力大小与角速度之间的关系时，该小组将两个相同的钢球分别放在长、短槽上半径相同处挡板内侧，改变皮带挡位，记录一系列标尺示数。其中一组数据为左边1.5格、右边6.1格，则记录该组数据时，皮带位于皮带盘的第　　　挡(选填“一”“二”或“三”)。 二 课堂练习 19 【典例6】(2024·海南卷·14)水平圆盘上紧贴边缘放置一密度均匀的小圆柱体，如图(a)所示，图(b)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。 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)。 1 课堂练习 (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(c)所示，该读数d＝　　　 mm，多次测量后，得到平均值恰好与d相等。 (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)。 6.1×10－3 课堂练习 r＝ F＝ 有F≈6.1×10－3 N 16.2 【典例7】某实验小组用如图甲所示的装置探究向心力大小与周期、半径之间的关系，轻绳一端系着小球，另一端固定在竖直杆上的力传感器上，小球套在光滑水平杆上。水平杆在电动机带动下可以在水平面内绕竖直杆匀速转动。已知小球质量为m，小球做圆周运动的半径为r，电子计数器可记录杆做圆周运动的圈数n，用秒表记录小球转动n圈的时间为t。 课堂练习 (1)若保持小球运动半径不变，仅减小运动周期，小球受到的拉力将　　　　；若保持小球运动的周期不变，仅减小运动半径，小球受到的拉力将　　　　(均选填“变大”“变小”或“不变”)。 变大 变小 (2)该小组同学做实验时，保持小球做圆周运动的半径不变，选用质量为m1的小球甲和质量为m2(m1>m2)的小球乙做了两组实验。两组实验中分别多次改变小球运动的转速，记录实验数据，作出了F与关系如图乙所示的①和②两条曲线，图中反映小球甲的实验数据是　　　(选填“①”或“②”)。 ① 课堂练习 F＝m()2r ＝4π2mr·()2 甲的质量较大，所以可得曲线①为小球甲的实验数据。 【典例8】某同学设计如图所示的实验装置验证向心力公式和平抛运动水平分运动为匀速运动。将四分之一圆弧固定在水平桌面上，圆弧底下安装一个压力传感器，光电门固定在圆弧底端正上方。实验步骤如下： ①让小球静止在圆弧底端，静止时，压力传感器示数为F0； ②让小球从圆弧某一位置静止释放，记录通过光电门的 时间t、压力传感器示数F和落点与圆弧底端的水平位移x； ③改变释放位置，重复②的步骤。 课堂练习 请回答以下问题： (1)为完成实验，关于实验装置及相关测量，下列说法正确的是　　　； A.圆弧要保持光滑 B.小球要选择体积小，密度大的 C.要测量小球到地面的竖直高度 D.要测量小球的质量 BD F－F0＝m (2)用游标卡尺测量小球直径，如图所示，则小球直径为d＝　　　 mm； 6.70 课堂练习 (3)以　　　　(填“F”或“F－F0”)为纵轴，为横轴作图像，若图像 _________________________________，则说明向心力大小与小球速度的平方成正比； F－F0 是一条过原点的倾斜直线 v＝ F－F0＝ ＝ (4)作x－y图像，若图像成正比，则说明平抛运动水平方向为匀速直线运动，其中y应该为　　(填“t”“”或“”)； h＝ 得t1＝ x＝vt1 课堂练习 ＝ ＝ (5)甲、乙两位同学以不同的桌面高度进行实验，其他条件不变，得到如图所示甲、乙两条图线，y与(4)中相同，其中甲同学实验时的桌面高度比乙同学的　　(填“高”或“低”)。 高 【典例9】利用如图甲所示的圆锥摆装置验证向心力表达式，步骤如下： (1)用天平测出密度较大的小球的质量为m，如图乙所示用20分度游标卡尺测出小球的直径D＝　　　　cm。小球静止时，用刻度尺测量此时悬挂点与小球上端之间的竖直距离为L。 1.500 课堂练习 (2)在白纸上画几个不同半径的同心圆， 用刻度尺测量各个圆的半径r。将白纸 平铺在水平桌面上，使同心圆的圆心 刚好位于 　　　　　　　　　。让小球做圆锥摆运动，俯视观察小球，其在水平面上沿着白纸上某个圆做圆周运动，当运动稳定时，用秒表测量小球运动5圈所用的时间t。 静止的小球球心正下方 (3)用向心力表达式推导出Fn＝　　　　(用m、t、r和圆周率π表示)；通过受力分析，推导出小球做圆周运动时所受合力F合＝　　　　　　 (用m、r、D、L和重力加速度g表示)。将记录的数据代入到上述两个表达式中进行计算。 课堂练习 Fn＝mr ＝ F合＝mgtanθ tanθ＝ 得F合＝ (4)改变绳长，重复(2)、(3)实验步骤，记录多组数据。 (5)通过比较每一组实验数据计算出的Fn和F合的大小，在误差允许的范围内近似相等。由此，向心力的表达式得以验证。 课堂练习 JIESU END $