第4章 实验六 探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系(教师用书Word)-【高考领航】2027年高考物理大一轮复习学案

该高中物理高考复习教案聚焦向心力大小影响因素的实验专题，整合实验原理、操作规范、数据处理及误差分析等核心内容，通过考点梳理、控制变量法指导、真题训练等环节，帮助学生构建实验探究的逻辑框架，突破高考实验题难点。 资料以教材原型实验为基础，结合拓展创新实验设计，如利用光电门测角速度、力传感器记录拉力，通过图像分析培养科学思维，设置分层练习提升科学探究能力。精准对接高考命题规律，助力学生高效掌握实验题解题策略，为教师把控复习节奏提供实用指导。

实验六　探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系 实验原理 操作要求 数据处理 1.手柄　2、3.变速塔轮 4.长槽　5.短槽　6.横臂 7.弹簧测力套筒　8.标尺 1.利用变速塔轮可改变小球的转动角速度。 2.利用长槽和短槽可改变小球的转动半径。 3.利用弹簧测力套筒可显示向心力的大小 1.皮带套在塔轮2、3的不同半径的圆盘上，小球质量相同、转动半径相同时，可以探究向心力与角速度的关系。 2.皮带套在塔轮2、3的半径相同的圆盘上，小球质量相同、转动半径不同时，可以探究向心力与转动半径的关系。 3.皮带套在塔轮2、3的半径相同的圆盘上，小球质量不同、转动半径相同时，可以探究向心力与小球质量的关系 分别作出Fn-ω2、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： 　 注意事项 1.实验前检查横臂支架上螺钉是否有松动。 2.标尺格数比应选择最小格数进行。 3.实验时，转速应从慢到快 误差分析 1.仪器不水平带来的误差。 2.标尺读数不准带来的误差。 3.皮带打滑带来的误差 考点一　教材原型实验 　(2025·四川省高考适应性测试)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，长槽和短槽随变速塔轮匀速转动，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、右变速塔轮的角速度之比分别为1∶1，1∶2和1∶3。 (1)第三挡对应左、右皮带盘的半径之比为______。 (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。 (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”)。 解析：(1)皮带传动线速度相等，第三挡变速塔轮的角速度之比为1∶3，根据v＝ωr可知，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，需要保证两个物体做圆周运动的角速度相等、半径相等，质量不同，所以应将质量不同的铝球和钢球分别放在长、短槽上半径相同处挡板内侧。 (3)根据Fn ＝mω2r，其中一组数据为左边1.5格、右边6.1格，则左、右变速塔轮的角速度平方之比为，可知由于误差存在，左、右变速塔轮的角速度之比为，可知皮带位于皮带盘的第二挡。 答案：(1)3∶1　(2)不同　相同　(3)二 　(2026·广东广州越秀区开学考)某实验小组做探究影响向心力大小因素的实验，图甲为“向心力演示器”装置，已知挡板A、C到左右塔轮中心轴的距离相等，B到左塔轮中心轴距离是A的2倍，皮带按图乙所示的三种方式连接左右变速塔轮，每层半径之比由上至下依次为1∶1、2∶1和3∶1。 甲 乙 (1)在探究向心力与角速度的关系时，为了控制角速度之比为1∶3，需要将传动皮带调至第________(填“一”“二”或“三”)层塔轮，然后将两个质量相同的小球分别放在________挡板(填“A、B”“A、C”或“B、C”)处，匀速转动手柄，左侧标尺露出1格，右侧标尺露出9格，则可得出的结论是________________________________________________________________________________________________________________________________________。 (2)在记录两个标尺露出的格数时，同学们发现要同时记录两边的格数且格数又不是很稳定，不便于读取。于是有同学提出用手机拍照后再通过照片读出两边标尺露出的格数。下列对该同学建议的评价，你认为正确的是________(填选项前字母)。 A．该方法可行，且不需要匀速转动手柄 B．该方法可行，但仍需要匀速转动手柄 C．该方法不可行，因不能确定拍照时露出的格数是否已稳定 解析：(1)在探究向心力与角速度的关系时，为了控制角速度之比为1∶3，由线速度与角速度关系公式ω＝可知，因左、右变速塔轮是皮带传动，则左、右两变速塔轮边缘的线速度大小相等，则角速度与半径成反比，可知需要将传动皮带调至第三层塔轮。在探究向心力与角速度的关系时，需要使两小球的转动半径和质量分别相同，因此将两个质量相同的小球分别放在A、C挡板处。匀速转动手柄，左侧标尺露出1格，右侧标尺露出9格，可知左侧小球需要的向心力与右侧小球需要的向心力之比是1∶9，则可得出的结论是：在小球质量和运动半径一定时，小球做圆周运动时所需的向心力与角速度的平方成正比。 (2)由题意可知，在转动手柄时，两边标尺露出的格数虽然不同，但是是同时显示的，即两边显示的格数比例关系不变，与是否需要匀速转动手柄无关，因此用手机拍照后再通过照片读出两边标尺露出的格数，该方法可行，且不需要匀速转动手柄，故A正确。 答案：(1)三　A、C　在小球质量和运动半径一定时，小球做圆周运动时所需的向心力与角速度的平方成正比　(2)A 考点二　拓展创新实验 　(2026·四川绵阳中学月考)某同学设计了如图甲所示的实验装置测量物块的质量：粗糙的水平转台能绕竖直转轴匀速转动，完全相同的物块1和物块2放置在转台上，到转轴的距离分别为r1和r2。两物块分别与绕过定滑轮的两根细绳相连，两根细绳的另一端分别连接力传感器1和力传感器2。物块1上装有宽度为d的遮光条，铁架台上安装了光电门，可以测出物块1通过光电门时遮光条的遮光时间。 甲 乙 (1)若光电门读数为t，则物块做匀速圆周运动的角速度为___________。 (2)(多选)控制转台以不同的角速度匀速转动，物块做圆周运动的向心力可能由________提供。 A．绳对物块的拉力 B．转台对物块的摩擦力 C．绳对物块的拉力与转台对物块的摩擦力的合力 (3)控制转台以不同的角速度匀速转动，当角速度增大到某值后，力传感器1和2的示数分别为F1和F2，且都不为零，做出两传感器的示数之差随角速度的平方的变化图线，如图乙所示，该图线的斜率为k，可求出物块的质量m＝___________。 解析：(1)物块匀速转动的线速度大小v＝，由线速度与角速度的关系v＝ωr1，可得ω＝。 (2)物块与水平转台间刚好达到最大静摩擦力时有μmg＝mrω02，可得ω0＝ ，当ω≤ω0时，转台对物块的摩擦力提供向心力，当ω>ω0时，绳子对物块的拉力和转台对物块的摩擦力的合力提供向心力。故选BC。 (3)对物块1有F1＋μmg＝mr1ω2，对物块2有F2＋μmg＝mr2ω2，所以F1－F2＝m(r1－r2)ω2，由此可知图线的斜率k＝m(r1－r2)，解得m＝。 答案：(1)　(2)BC　(3) (1)实验器材创新：利用力传感器测量滑块所受的绳子拉力大小；利用光电门测量滑块转动的线速度，进而求得滑块转动的角速度。 (2)数据处理创新：利用(F1－F2)-ω2图像求得滑块的质量。 ————————————————————— 　(2025·河北石家庄二十四中月考)一位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。 甲　　　　　　　　　乙 (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________，当地的重力加速度为________(用题中给出的字母表示)。 解析：(1)小球通过最低点时的线速度v＝，由v＝ωL，可得角速度ω＝。 (2)在最低点对小球受力分析可得F－mg＝mω2L，把ω＝代入，可得F＝mg＋，可得＝k，mg＝b，解得m＝。 答案：(1)　(2) (1)实验器材创新：利用拉力传感器测量细线拉力大小；利用光电门测量小球通过光电门的时间。 (2)数据处理创新：作F - 图像，根据图像的斜率和截距计算小球的质量和当地的重力加速度。 ————————————————————— 学科网（北京）股份有限公司 $