2020版高考物理人教版山东一轮复习课件:实验6 探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系(共30张ppt)
30页1、实验6 探究向心力大小与半径、 角速度、质量的关系,-2-,一、实验目的 探究向心力与物体的质量、转动的角速度、转动的半径之间的定量关系。 二、实验设计 采用控制变量法探究 (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角速度的定量关系; (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半径的定量关系; (3)使两物体的转动半径、转动的角速度相同,探究向心力的大小跟物体质量的定量关系。,-3-,三、实验器材 向心力演示仪,见下图。 当转动手柄1时,变速轮2和3就随之转动,放在长滑槽4和短滑槽5中的球A和B都随之做圆周运动。球由于惯性而滚到横臂的两个短臂挡板6处,短臂挡板就推压球,向球提供了做圆周运动所需的向心力。由于杠杆作用,短臂向外时,长臂就压缩塔轮转轴上的测力部分的弹簧,使测力部分套管7上方露出标尺8的格数,便显示出了两球所需向心力之比。,-4-,四、实验与收集证据 (1)安装并调试向心力演示仪:在滑槽静止时,旋动两测力部分标尺的调零螺母,使两套管的上沿都与标尺顶端对齐。 (2)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
2、皮带,使两个小球转动的角速度之比分别为11、12和13,分别读出两球所需的向心力大小,将结果填入表一。,-5-,表一:m1=m2,r1=r2。,-6-,(3)把两个质量相同的小球放在长槽和短槽上,使半径之比为21;调整塔轮上的皮带,使两个小球的角速度相同,分别读出两球所需的向心力大小,将结果填入表二。 表二:m1=m2,1=2。,-7-,(4)把两个质量不同的小球放在长槽和短槽上,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相同,分别读出两球所需的向心力大小,将结果填入表三。 表三:r1=r2,1=2。,-8-,分析与论证: 实验结论: 物体做圆周运动需要的向心力跟物体的质量成正比,跟半径成正比,跟角速度的二次方成正比。,-9-,五、探究总结 1.通过探究发现,向心力跟角速度的二次方成正比。 2.认识了向心力演示仪的巧妙之处,在于利用两个塔轮半径的不同获得两个塔轮角速度之比,从而克服了直接测量角速度的困难。 3.进一步体会了一种重要的研究方法:控制变量法。 4.向心力演示仪提供了两个圆周运动,通过两运动的对比,来探究向心力跟三个因素之间的关系。这里还隐含着一种重要的研究方
3、法对比实验法。 六、注意事项 1.实验前应将横臂紧固,螺钉旋紧,以防球和其他部件飞出造成事故。 2.实验时,不宜使标尺露出格数太多,以免由于球沿滑槽外移引起过大的误差。 3.摇动手柄时,应力求加速缓慢速度均匀。 4.皮带跟塔轮之间要拉紧。,-10-,命题点一,命题点二,器材使用及原理理解 典例1用如图所示的装置来探究小球做圆周运动所需向心力的大小F与质量m、角速度和半径r之间的关系。两个变速轮塔通过皮带连接,转动手柄使长槽和短槽分别随变速轮塔匀速转动,槽内的钢球就做匀速圆周运动。横臂的挡板对钢球的压力提供向心力,钢球对挡板的反作用力通过横臂的杠杆作用使弹簧测力筒下降,从而露出标尺,标尺上的黑白相间的等分格显示出两个钢球所受向心力的比值。如图是探究过程中某次实验时装置的状态。,-11-,命题点一,命题点二,(1)在研究向心力的大小F与质量m关系时,要保持 相同。 A.和r B.和m C.m和r D.m和F (2)如果两个钢球质量和半径相等,则是在研究向心力的大小F与 的关系。 A.质量m B.半径r C.角速度,-12-,命题点一,命题点二,答案 (1)A (2)C 解析 在研究向心力的
4、大小F与质量m、角速度和半径r之间的关系时,需先控制某些量不变,研究另外两个物理量的关系,该方法为控制变量法。 (1)因F=m2r,根据控制变量法的原理可知,在研究向心力的大小F与质量m关系时,要保持其他的物理量不变,其中包括角速度与半径r,即保持角速度与半径相同。故选A。 (2)图中所示两球的质量相同,转动的半径相同,根据F=m2r,则研究的是向心力与角速度的关系。故选C。,-13-,命题点一,命题点二,本实验采用控制变量法,即要研究一个量与另外一个量的关系,需要控制其他量不变。知道靠皮带传动,变速轮塔的线速度大小相等。,-14-,命题点一,命题点二,创新实验 典例2(2019黑龙江哈尔滨第三中学第一次调研)为了探究“物体做匀速圆周运动时,向心力与哪些因素有关”,某同学进行了如下实验:,-15-,命题点一,命题点二,如图甲所示,绳子的一端拴一个小沙袋,绳上离小沙袋L处打一个绳结A,2L处打另一个绳结B。请一位同学帮助用秒表计时。如图乙所示,做了四次体验性操作。 操作1:手握绳结A,使沙袋在水平面内做匀速圆周运动,每秒运动1周。体验此时绳子拉力的大小。 操作2:手握绳结B,使沙袋在水平
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