第4章 7.实验6 探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系（PPT课件）-【高考突破新方案】2027年高考物理大一轮复习练案

该高中物理高考复习课件聚焦“探究向心力大小的表达式”实验专题，依据高考评价体系梳理了控制变量法应用、向心力公式推导、实验数据处理（游标卡尺/螺旋测微器读数）等核心考点，通过2023浙江、2024海南等真题分析，明确实验方法选择、角速度计算等高频考查方向，归纳典型题型。 课件亮点在于“真题实战+素养提升”，如结合2023浙江题解析控制变量法（科学思维），2024海南题训练数据处理技巧（科学探究），总结“公式应用-误差分析-图像拟合”三步突破法，帮助学生掌握实验题答题逻辑，教师可依托真题案例实现精准复习，高效提升学生应试能力。

实验6 探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系 返回目录 1.[2023浙江1月,16Ⅰ(2)]“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 　    A　     返回目录 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(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_________(填“不变”“变大”或“变 小”)。 　　不变　     　　角速度平方     解析　①本实验是为了探究向心力与影响它的多个因素的关系,故采用控制变量法。 ②根据向心力Fn=mrω2可知,当m、r一定时,标尺露出的等分标记的比值即向心力之比, 等于角速度平方之比,且加速转动过程比值保持不变。 返回目录 2.[2024海南,14(1),6分]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,小圆柱体质量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。  　        返回目录 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)。 ②用游标卡尺测量小圆柱体不同位置的横截面直径,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　     　     mω2(D-d)　     　    16.2　     　    1　     返回目录 解析　①圆盘转动的周期T= =6.28 s,则角速度ω= =1 rad/s。 ②根据游标卡尺读数规则有d=16 mm+2×0.1 mm=16.2 mm。 ③由圆周运动向心力表达式有F=mω2× ,代入数据解得F≈6.1×10-3 N。 返回目录 3.(2025届广东广州二模)某小组用图(a)装置探究“向心力大小与半径、周期的关 系”。通过紧固螺钉(图中未画出)可在竖直方向调整水平横梁位置,位移传感器、力 传感器均固定在横梁上,两传感器和光电门都与计算机相连;小球放在一端有挡光片的 水平横槽上,细绳一端p连接小球,另一端q绕过转向轮后连接力传感器,力传感器可测量 细绳拉力,位移传感器可测量横梁与横槽之间的距离。小球和细绳所受摩擦力可忽略, 细绳q端与直流电机转轴在同一竖直线上。光电门未被挡光时输出低电压,被挡光时输 出高电压。实验步骤如下。 返回目录          返回目录 (1)如图(b),用螺旋测微器测量小球直径d=_______________________________mm,若 测得直流电机转轴到小球之间绳长为L,则小球做圆周运动的半径r=_____________ (用d、L表示)。 (2)探究向心力大小与半径的关系:启动直流电机,横槽带动小球做匀速圆周运动,保持 _________不变,记录力传感器读数F0,位移传感器读数H0,小球做圆周运动的半径r 0。降低横梁高度,当位移传感器读数为H1时,小球做圆周运动的半径r1=_________________ ____(用r0、H0、H1表示),待电机转动稳定后再次记录力传感器读数F1,重复多次实验得到 多组数据,通过计算机拟合F-r图像,可得线性图像。 　    r0+H0-H1     　　周期　     　    L+ 　     　    7.884(7.883或7.885也正确)　     返回目录 (3)探究向心力大小与周期的关系:保持小球做圆周运动的半径不变,调节直流电机转 速,待电机转动稳定后,计算机采集到光电门输出电压u与时间t的关系如图(c),则小球做 圆周运动周期T=_______________(选用t0、t1、t2表示)。记录力传感器读数F和周期T, 重复多次得到多组数据,通过计算机拟合___________图像(选填下列选项字母代号),可得线性图像。 A.F-T　　　    B.F-T2　　　    C.F-  　    C　     　    t2-t0　     返回目录 解析    (1)螺旋测微器的读数为7.5 mm+0.01 mm×38.4=7.884 mm,小球做圆周运动的半 径r=L+ 。 (2)探究向心力大小与半径的关系,应控制变量周期不变;探究过程中连接小球的绳长不 变,根据几何关系可得H0+r0=H1+r1,解得r1=r0+H0-H1。 (3)由题图(c)可知,t0时刻进入光电门,t2时刻再次进入,则T=t2-t0;向心力F=m r,要得到 线性图像,应拟合F- 图像,C正确。 返回目录 $