第4章 实验六 探究向心力的大小与半径、角速度、质量的关系（教师用书Word）-【正禾一本通】2026年新高考物理高三一轮总复习高效讲义

该高中物理讲义围绕“探究向心力大小与半径、角速度、质量关系”实验，整合向心力决定因素、控制变量法及图像法处理数据等高考核心考点，按实验原理-操作步骤-数据处理-考法分析逻辑架构知识，通过考点梳理、方法指导与真题训练，帮助学生系统突破实验难点。 资料以科学探究为主线，融合控制变量法、化曲为直图像分析等科学思维方法，设计教材原型实验与拓展创新实验分层教学活动，通过真题精讲与方法总结，高效培养学生实验设计与数据处理能力，为教师把控复习节奏、提升学生应考实战水平提供有力支持。

实验六　探究向心力的大小与半径、角速度、质量的关系 【备考目标】　1.会用控制变量法探究向心力的大小与半径、角速度、质量的关系。2.会用作图法处理数据，掌握化曲为直的思想。 实验01步，理清实验过程 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 1．原理装置图 2．实验方法：控制变量法。 3．操作步骤 (1)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，调整变速塔轮上的皮带，使两个小球的角速度不同，探究向心力的大小与角速度的关系。 (2)保持两个小球质量不变，增大长槽上小球的转动半径，调整塔轮上的皮带，使两个小球的角速度相同，探究向心力的大小与半径的关系。 (3)换成质量不同的小球，使两个小球的转动半径相同，调整塔轮上的皮带，使两个小球的角速度也相同，探究向心力的大小与质量的关系。 4．数据处理和结论 (1)分别作出F­ω2、F­r、F­m的图像，分析向心力与角速度、半径、质量之间的关系。 (2)实验结论 项目 相同的 物理量 不同的 物理量 实验结论 1 m、r ω ω越大，F越大，F∝ω2 2 m、ω r r越大，F越大，F∝r 3 r、ω m m越大，F越大，F∝m 公式 F＝mω2r [辨析明理] 判断下列说法的正误 (1)用向心力演示器探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系时，应尽量匀速摇动手柄。(√) (2)用向心力演示器探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系时，皮带跟塔轮之间要拉紧。(√) 实验02步，透析常见考法　　　　　　　　　　　　　　　　　 类型(一) 教材原型实验 【例1】 (2023·浙江高考)“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______。 A．控制变量法 B．等效法 C．模拟法 (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____________之比(选填“线速度大小”“角速度平方”或“周期平方”)；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________(选填“不变”“变大”或“变小”)。 解析：(1)该实验采用的方法是控制变量法，A正确，B、C错误。 (2)由向心力公式F＝mω2R可知，在小球质量和转动半径相同的情况下，左右标尺露出的红白相间等分标记的比值等于两小球角速度的平方之比；加速转动手柄的过程中，由于左右两塔轮的角速度之比不变，因此左右标尺露出红白相间等分标记的比值不变。 答案：(1)A　(2)角速度平方　不变 【例2】 如图甲所示为向心力演示器，可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。长槽的A、B处和短槽的C处分别到各自转轴中心距离之比为2∶1∶1。变速塔轮自上而下有三种组合方式，左右每层半径之比由上至下分别为1∶1、2∶1和3∶1，如图乙所示。 (1)本实验的目的是探究向心力的大小与小球质量m、角速度ω和半径r之间的关系，下列实验中采用的实验方法与本实验相同的是________。 A．用油膜法估测油酸分子的大小 B．用单摆测量重力加速度的大小 C．探究加速度与物体受力、物体质量的关系 (2)在某次实验中，把两个质量相等的钢球放在A、C位置，探究向心力的大小与半径的关系，则需要将传动皮带调至第________层塔轮(选填“一”“二”或“三”)； (3)在另一次实验中，把两个质量相等的钢球放在B、C位置，传动皮带位于第二层，转动手柄，则当塔轮匀速转动时，左右两标尺露出的格子数之比约为________。 A．1∶2 B．1∶4 C．2∶1 D．4∶1 解析：(1)该实验采用的方法是控制变量法。选项中只有探究加速度与物体受力、物体质量的关系，采用的实验方法与该实验相同，故C正确。 (2)探究向心力的大小与半径的关系，应使两球的角速度相同，则需要将传动皮带调至第一层塔轮。 (3)在另一次实验中，把两个质量相等的钢球放在B、C位置，则两球做圆周运动的半径相等；传动皮带位于第二层，则两球做圆周运动的角速度之比为ω左∶ω右＝1∶2，根据F＝mω2r可知，当塔轮匀速转动时，左右两标尺露出的格子数之比约为F左∶F右＝ω∶ω＝1∶4，故选B。 答案：(1)C　(2)一　(3)B 类型(二) 拓展创新实验 1．改进实验方案及器材：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。 2．改进实验目的：以圆周运动的形式测量其他物理量。 【例3】 某兴趣小组用如图甲所示的装置与传感器结合，探究向心力大小的影响因素。实验时用手拨动旋臂使砝码做圆周运动，力传感器和光电门固定在实验仪器上，测量角速度和向心力。 (1)电脑通过光电门测量挡光杆通过光电门的时间，并由挡光杆的宽度d、挡光杆通过光电门的时间Δt、挡光杆做圆周运动的半径r，自动计算出砝码做圆周运动的角速度，则其计算角速度的表达式为________________。 (2)在图乙中取①②两条曲线为相同转动半径、不同质量下向心力与角速度的关系图线。由图乙可知，曲线①对应的砝码质量________(选填“大于”或“小于”)曲线②对应的砝码质量。 解析：(1)挡光杆转动的线速度v＝，由ω＝，计算得出ω＝ ，砝码与挡光杆转动的角速度相同，则砝码角速度的表达式为ω＝。 (2)若保持角速度和半径都不变，则砝码做圆周运动的向心加速度不变，由牛顿第二定律F＝ma可以知道，质量大的砝码需要的向心力大，所以曲线①对应的砝码质量小于曲线②对应的砝码质量。 答案：(1)ω＝ 　(2)小于 [应考反思]解答本题要注意以下两点： (1)本实验利用力传感器直接测量向心力大小。 (2)线速度可用v＝ 求解；角速度可用ω＝＝求解。 学科网（北京）股份有限公司 $