新高考人教版物理复习课件-第四章-实验6-探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系.pptx

第四章,2022,内容索引,必备知识 预案自诊,关键能力 学案突破,对应演练 迁移应用,必备知识 预案自诊,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、实验思路 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三、实验器材 向心力演示仪,见下图 当转动手柄1时,变速塔轮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,给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四、进行实验 (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,将结果填入设计的表格。

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,将结果填入设计的表格 (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,将结果填入设计的表格分析与论证: (1)分析表格,发现F跟的二次方成正比 (2)分析表格,发现F跟r成正比 (3)分析表格,发现F跟m成正比 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,应力求速度均匀 4.皮带跟塔轮之间要拉紧关键能力 学案突破,【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塔轮通过皮带连接,转动手柄使长槽和短槽分别随变速塔轮匀速转动,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1)在研究向心力的大小F与质量m关系时,要保持 A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 C的关系 A.质量mB.半径r C.角速度,解析 在研究向心力的大小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 (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典例2】 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: 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3:手握绳结A,使沙袋在水平平面内做匀速圆周运动,每秒运动2周体验此时绳子拉力的大小 操作4:手握绳结A,增大沙袋的质量到原来的2倍,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1)操作2与操作1中,体验到绳子拉力较大的是 操作2; (2)操作3与操作1中,体验到绳子拉力较大的是 操作3; (3)操作4与操作1中,体验到绳子拉力较大的是 操作4; (4)(多选)总结以上四次体验性操作,可知物体做匀速圆周运动时,向心力大小与 ABC有关 A.半径 B.质量 C.周期 D.线速度的方向 (5)实验中,人体验到的绳子的拉力是否是沙袋做圆周运动的向心力 不是(选填“是”或“不是”)。

解析 (1)根据F=m2r知,操作2与操作1相比,操作2的半径大,小球质量和角速度相等,知拉力较大的是操作2 (2)根据F=m2r知,操作3与操作1相比,操作3小球的角速度较大,半径不变,小球的质量不变,知操作3的拉力较大 (3)操作4和操作1比较,半径和角速度不变,小球质量变大,根据F=m2r知,操作4的拉力较大 (4)由以上四次操作,可知向心力的大小与质量、半径、角速度有关故选A、B、C (5)沙袋做圆周运动的向心力是绳子对沙袋的拉力,作用在沙袋上而人体验到的绳子的拉力作用在人上,不是同一个力对应演练 迁移应用,1.(2020湖北武汉高三开学考试)用如图所示的向心力演示器探究向心力大小的表达式匀速转动手柄,可以使变速塔轮以及长槽和短槽随之匀速转动,槽内的小球也随着做匀速圆周运动使小球做匀速圆周运动的向心力由横臂的,挡板对小球的压力提供,球对挡板的反作用力通过横臂的杠杆作用使弹簧测力套筒下降,从而露出标尺1)为了探究向心力大小与物体质量的关系,可以采用 控制变量法(选填“等效替代法”“控制变量法”或“理想模型法”); (2)根据标尺上露出的等分标记,可以粗略计算出两个球所受的向心力大小之比;,为研究向心力大小跟转速的关系,应比较表中的第1组和第 3组数据; (3)本实验中产生误差的原因有 见解析。

写出一条即可),解析 (1)为了探究向心力大小与物体质量的关系,可以采用控制变量法; (2)为研究向心力大小跟转速的关系,必须要保证质量和转动半径一定,则应比较表中的第1组和第3组数据; (3)本实验中产生误差的原因有:质量的测量引起的误差;弹簧测力套筒的读数引起的误差2.(2020山东高三开学考试)如图甲所示为探究向心力与质量、半径、角速度关系的实验装置电动机带动转台做圆周运动,可通过改变电动机的电压来控制转台的角速度光电计时器可以采集转台转动时间的信息已知金属块被约束在转台的径向凹槽中,只能沿半径方向移动1)某同学保持金属块质量和转动半径不变,仅改变转台的角速度,探究向心力与角速度的关系不同角速度对应的向心力可由力传感器读出若光电计时器记录转台每转50周的时间为T,则金属块转动的角速度 2)上述实验中,该同学多次改变角速度后,记录了一组角速度与对应的向心力F的数据,见下表请根据表中数据在图乙给出的坐标纸中作出F与2的关系图像由图像可知,当金属块质量和转动半径一定时,F与2呈 线性关系(选填“线性”或“非线性”)3)为了探究向心力与半径、质量的关系,还需要用到的实验器材: 刻度尺、 天平。

解析 (1)由题意可知,周期为T0= ,根据角速度和周期的关系可得角速度 (2)根据描点法在坐标纸中作出F-2的关系 图像如图所示,由图像可知,F与2呈线性关系 (3)为了探究向心力跟半径、质量的关系, 还需要用刻度尺测半径,用天平测质量3.(2020河北高三月考)如图所示是某同学验证“做圆周运动的物体所受向心力大小与线速度的关系”的实验装置已知重力加速度为g主要实验步骤如下:,(1)用天平测出小钢球的质量m; (2)用游标卡尺测出小钢球的直径d; (3)轻质细线一端与小钢球相连,另一端固定在力传感器上 小钢球静止时刚好位于光电门中央,用刻度尺量出线长L;,(5)读出力传感器示数的最大值Fm,则向心力还可表示为F向= Fm-mg解析 (4)小钢球的直径为d,小钢球通过光电门的时间为t,根据极短时间内的平均速度表示瞬时速度可知,小钢球经过光电门的速度为v= ,此时小钢球向心力表达式 (5)读出力传感器示数的最大值Fm,则向心力还可表示为F向=Fm-mg本 课 结 束,。