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 -2027届高考物理一轮复习

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，依据高考评价体系梳理了控制变量法应用、向心力演示器操作、图像数据处理三大考查维度，通过分析近五年高考真题明确实验原理理解占45%、器材选择与误差分析占30%的高频考点，构建完整备考体系。 课件亮点在于“原型实验+创新拓展+真题突破”策略，以教材演示器实验为基础结合DIS数字化实验，培养科学思维与科学探究素养，如通过塔轮皮带传动问题解析控制变量法操作技巧，助力学生掌握实验题答题模板，为教师提供精准复习指导，提升高考冲刺效率。

实验六　探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系 一、实验目的 1．学会使用向心力演示器。 2．探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系。 二、实验原理 1．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______________。 (1)使两物体的质量、转动的半径相同，探究向心力的大小跟转动的__________的定量关系。 控制变量法 角速度 高考一轮总复习 • 物理 返回导航 (2)使两物体的质量、转动的角速度相同，探究向心力的大小跟转动的________的定量关系。 (3)使两物体的转动半径、转动的__________相同，探究向心力的大小跟物体质量的定量关系。 半径 角速度 高考一轮总复习 • 物理 返回导航 2．向心力演示器 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。 标尺 高考一轮总复习 • 物理 返回导航 三、实验器材 向心力演示器 高考一轮总复习 • 物理 返回导航 四、实验步骤 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。调整塔轮上的皮带，使两个小球的角速度不一样。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。 高考一轮总复习 • 物理 返回导航 3．换成质量不同的球，分别使两球的转动半径相同。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．重复几次以上实验。 高考一轮总复习 • 物理 返回导航 五、数据处理 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。 六、注意事项 摇动手柄时应缓慢加速，注意观察其中的一个标尺的格数。达到预定格数时，即保持转速恒定，观察并记录其余读数。 Fn－w2 高考一轮总复习 • 物理 返回导航 1 教材原型实验 (基础考点·自主探究) 【跟踪训练】 如图甲所示是向心力演示器，用于探究做圆周运动物体的向心力大小与物体的质量、半径、角速度的关系。挡板A、B、C可以控制小球做圆周运动的半径，所连弹簧测力筒的标尺露出的格数可以显示向心力的大小。挡板A、C到各自转轴的距离均为挡板B到转轴距离的一半。塔轮结构如图乙所示，每侧三个转轮的半径从小到大分别为r、2r、3r，可分别用传动皮带连接。请完成下列问题。 高考一轮总复习 • 物理 返回导航 (1)探究向心力大小与物体质量的关系时，在挡板A处放铝球。挡板C处放钢球，传动皮带挂左塔轮的中轮，应挂右塔轮的______(填“上”“中”或“下”)轮。 中 高考一轮总复习 • 物理 返回导航 (2)探究向心力大小与角速度的关系时，应采用下列的______(填“A”“B”或“C”)图所示安装器材。 C 高考一轮总复习 • 物理 返回导航 (3)某实验小组为验证向心力公式，将铝球放在挡板B处，钢球放在挡板C处，传动皮带均挂在左、右塔轮的上轮，摇动手柄，稳定后，右侧标尺露出1格，则左侧标尺应该露出______格。已知钢球质量是铝球质量的3倍。 6 高考一轮总复习 • 物理 返回导航 [解析]　(1)探究向心力大小与物体质量的关系时，应控制物体做圆周运动的半径相同，物体做圆周运动的角速度相同，则在挡板A处放铝球。挡板C处放钢球，传动皮带挂左塔轮的中轮，应挂右塔轮中轮。 (2)探究向心力大小与角速度的关系时，应控制物体的质量相同，物体做圆周运动的半径相同，故应采用下列的C图所示安装器材。 (3)根据向心力表达式可得   又rB＝2rC，m钢＝3m铝，ω左＝3ω右 联立可得F左∶F右＝6∶1 稳定后，右侧标尺露出1格，则左侧标尺应该露出6格。 高考一轮总复习 • 物理 返回导航 2 创新实验提升 (能力考点·深度研析) 1．实验方法迁移应用 高考一轮总复习 • 物理 返回导航 ►考向　实验器材、实验方案的改进 如图甲所示是一个研究向心力与哪些因素有关的DIS实验装置的示意图，其中做匀速圆周运动的圆柱体的质量为m，放置在未画出的圆盘上，圆周轨道的半径为r，力电传感器测定的是向心力，光电传感器测定的是圆柱体的线速度大小，表格中是所得数据，图乙为Fn－v图像、Fn－v2图像、Fn－v3图像。 v/(m·s－1) 1 1.5 2 2.5 3 Fn/N 0.88 2 3.5 5.5 7.9 高考一轮总复习 • 物理 返回导航 高考一轮总复习 • 物理 返回导航 (1)数据表格和图乙中的三个图像是在用实验探究向心力Fn和圆柱体线速度大小v的关系时，保持圆柱体质量不变、半径r＝0.1 m的条件下得到的。研究图像后，可得出向心力Fn和圆柱体线速度大小v的关系式为______________________。 (2)为了研究Fn与r的关系，实验时除了保持圆柱体质量不变外，还应保持________________不变。 Fn＝0.88v2 线速度大小v 0.088 kg 高考一轮总复习 • 物理 返回导航 高考一轮总复习 • 物理 返回导航 【跟踪训练】 某兴趣小组的同学们用电动机、拉力传感器、电子计数器等设计了一个用圆锥摆验证向心力表达式的实验，如图所示。在支架上固定一个电动机，电动机转轴上固定一拉力传感器，传感器正下方用细线连接一个小球，在装置侧面安装一高度可以调节的电子计数器。本实验中除图中给出的实验器材外没有其他的器材，已知当地重力加速度大小为g。 高考一轮总复习 • 物理 返回导航 ①用刻度尺量出细线的长度L；②闭合电源开关，稳定后，小球在水平面内做匀速圆周运动，记录此时拉力传感器的示数为F； ③稳定后，调节计数器前端的位置与球心在同一高度处，当小球第一次离计数器最近的P点时计数器开始计数，并记录为1次，记录小球n次到达P点的时间t，用刻度尺测量出此时电子计数器前端与细线顶端的竖直距离h； ④切断电源，整理器材。 高考一轮总复习 • 物理 返回导航 请回答下列问题： (1)本实验中还需要测量的物理量是__________(写出名称及符号)，如何测出该物理量__________(写明测量方法)； (2)小球运动的周期为________；(用题中所给物理量符号表示) (3)根据测量数据，需验证的向心力表达式为______________________________________________。(用题中所给物理量符号表示) 见解析 见解析 高考一轮总复习 • 物理 返回导航 高考一轮总复习 • 物理 返回导航 F左＝m铝ωrB，F右＝m钢ωrC 由v＝ωr可知，Fn＝m，故也可以探究Fn与v、m、r的关系，实验方法和思路不变。 2．实验器材的改进 用力传感器测量向心力，用光电门测量线速度(角速度)。 (3)若已知向心力公式为Fn＝m，根据上面的分析可以推算出，本实验中圆柱体的质量为____________________。 [解析]　(1)由题图乙中B图不难得出Fn∝v2，进一步结合表格研究知题图乙B中图线的斜率k＝≈0.88，故Fn与v的关系式为Fn＝0.88v2。 (2)由控制变量法可知，研究Fn与r的关系时，应保持质量m和线速度大小v不变。 (3)因Fn＝m＝0.88v2，r＝0.1 m，则m＝0.088 kg。 ＝ [解析]　(1)本实验中还需要测量的物理量是小球的质量m；电动机不转时小球自然下垂，设此时拉力传感器的示数F0，则小球的质量m＝。 (2)小球运动的周期为T＝。 (3)由重力和拉力的合力提供小球运动的向心力Fn＝＝m，即要验证的关系是＝。 $