2026届高考物理一轮总复习第4章抛体运动与圆周运动第24讲实验六探究向心力大小与半径角速度质量的关系课件

这是一份2026届高考物理一轮总复习第4章抛体运动与圆周运动第24讲实验六探究向心力大小与半径角速度质量的关系课件，共29页。PPT课件主要包含了实验知识·自主回顾，核心考点·重点突破，控制变量法，角速度，Fn－ω2，教材原型实验，创新实验提升等内容，欢迎下载使用。
第24讲　实验六　探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系
实验知识 · 自主回顾
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。
(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。
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。
三、实验器材向心力演示器
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。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。
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。
(基础考点·自主探究)【跟踪训练】如图甲所示为向心力演示仪，可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ω和半径r之间的关系。长槽的A、B处和短槽的C处分别到各自转轴中心距离之比为1∶2∶1。变速塔轮自上而下有三种组合方式，左右每层半径之比由上至下分别为1∶1、2∶1和3∶1，如图乙所示。
(1)本实验的目的是探究向心力的大小与小球质量m、角速度ω和半径r之间的关系，下列实验中采用的实验方法与本实验相同的是_____；A．探究平抛运动的特点B．用单摆测量重力加速度的大小C．探究加速度与物体受力、物体质量的关系
(2)在某次实验中，把两个质量相等的钢球放在B、C位置，探究向心力的大小与半径的关系，则需要将传动皮带调至第________层塔轮(选填“一”“二”或“三”)；(3)在另一次实验中，把两个质量相等的钢球放在A、C位置，传动皮带位于第二层，转动手柄，则当塔轮匀速转动时，左右两标尺露出的格子数之比约为________。A．1∶2 B．1∶4C．2∶1 D．4∶1[答案]　(1)C　(2)一　(3)B
[解析]　(2)在某次实验中，把两个质量相等的钢球放在B、C位置，则探究向心力的大小与半径的关系，应使两球的角速度相同，则需要将传动皮带调至第一层塔轮。
(能力考点·深度研析)1．实验方法迁移应用
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．实验目的的创新以圆周运动的形式测量其他物理量。
►考向1　实验仪器的改进 (2024·辽宁沈阳模拟)某实验小组用如图甲所示装置探究向心力大小与线速度大小和运动半径的关系。光滑的水平直杆固定在竖直转轴上，水平直杆的左侧固定宽度为d的遮光条，遮光条到竖直转轴的距离为2r，水平直杆的右侧套上质量为m的滑块，用细线将滑块与固定在竖直转轴上的力传感器连接，物块到转轴的距离为r，细线处于水平伸直状态，细线拉力的大小可以通过力传感器测得。安装在铁架台上的光电门可测遮光条通过光电门的时间。
(1)用游标卡尺测量遮光条的宽度如图乙所示，d＝________cm。
[解析]　(1)用游标卡尺测量遮光条的宽度为d＝8 mm＋5×0.1 mm＝8.5 mm＝0.85 cm。
►考向2　实验方案的创新 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。
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。
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)
►考向3　利用向心力公式求未知量 (2024·石家庄模拟)某同学用如图(a)所示装置探究钢质小球自由摆动至最低点时的速度大小与此时细线拉力的关系。其中力传感器显示的是小球自由摆动过程中各个时刻细线拉力FT的大小，光电门测量的是钢球通过光电门的挡光时间Δt。
(1)调整细线长度，使细线悬垂时，钢球中心恰好位于光电门中心。(2)要测量小球通过光电门的速度，还需测出________(写出需要测量的物理量及其表示符号)，小球通过光电门的速度表达式为v＝______ (用题中所给字母和测出的物理量符号表示)。(3)由于光电门位于细线悬点的正下方，此时细线的拉力就是力传感器显示的各个时刻的拉力FT中的________(选填“最大值”“最小值”或“平均值”)。
(4)改变小球通过光电门的速度，重复实验，测出多组速度v和对应拉力FT的数据，作出FT－v2图像如图(b)所示。已知当地重力加速度g＝9.7 m/s2，则由图像可知，小球的质量为________kg，光电门到悬点的距离为________m。