人教版新高考物理一轮总复习--实验6　探究向心力大小的表达式课件PPT

这是一份人教版新高考物理一轮总复习--实验6　探究向心力大小的表达式课件PPT，共21页。PPT课件主要包含了内容索引，必备知识落实，实验能力形成，巩固提升检测，控制变量法，角速度，刻度尺等内容，欢迎下载使用。

实验方案一　用绳和沙袋定性研究如图甲所示,绳子的一端拴一个小沙袋(或其他小物体),在离小沙袋重心40 cm的地方打一个绳结A,在离小沙袋重心80 cm的地方打另一个绳结B。某同学按下列步骤操作:
操作一　手握绳结A,如图乙所示,使沙袋在水平方向上做匀速圆周运动,每秒运动1周。体会此时绳子拉力的大小。
操作二　手仍然握绳结A,但使沙袋在水平方向上每秒运动2周。体会此时绳子拉力的大小。操作三　改为手握绳结B,使沙袋在水平方向上每秒运动1周。体会此时绳子拉力的大小。操作一和操作二两者相比,可以比较在半径相同的情况下,向心力大小与角速度的关系。操作一和操作三两者相比,可以比较在角速度相同的情况下,向心力大小与半径的关系。
实验方案二　利用向心力演示器探究向心力演示器如图丙所示。转动手柄1,可使变速塔轮2和3以及长槽4和短槽5随之匀速转动。皮带分别套在塔轮2和3上的不同圆盘上,可使两个槽内的小球分别以几种不同的角速度做匀速圆周运动。小球做圆周运动的向心力由横臂6的挡板对小球的压力提供,球对挡板的反作用力,通过横臂的杠杆使弹簧测力套筒7下降,从而露出标尺8,标尺8上露出的红白相间等分格子的多少可以显示出两个球所受向心力的大小。
(1)皮带套在塔轮2、3半径相同的圆盘上,两小球转动半径和转动角速度相同时,可以探究向心力与小球质量的关系。(2)皮带套在塔轮2、3半径相同的圆盘上,两小球转动角速度和质量相同时,可以探究向心力与转动半径的关系。(3)皮带套在塔轮2、3的不同半径的圆盘上,两小球质量相同、转动半径相同时,可以探究向心力与角速度的关系。
【例1】 小明和小亮两个同学合作做体验性实验来粗略地验证向心力公式Fn=mω2r。他们的做法如下:在绳子的一端拴一个小沙袋,绳子上离小沙袋重心不同距离的地方各打一个绳结A、B,如图甲所示。小明同学看手表,小亮同学按下列步骤操作:
操作一:手握住绳结A,使沙袋和绳子近似在水平面内做匀速圆周运动如图乙所示,每秒运动1周,体会绳子拉力的大小。
操作二:手仍然握绳结A,使它们还是做匀速圆周运动,但是每秒运动2周,体会此时绳子拉力的大小。操作三:改为手握绳结B,仍然每秒运动2周,体会此时绳子拉力的大小。根据以上操作步骤填空:(1)两个同学采用了哪种科学实验方法? ____________。 (2)操作一与操作二两个过程中,小亮同学会感到操作____________(选填“一”或“二”)向心力比较大。 (3)操作二与操作三____________(选填“半径”或“角速度”)相同,小亮同学会感到操作____________(选填“二”或“三”)向心力比较大。 
解析:(1)由题可知,操作一与操作二比较,半径不变,角速度发生变化;操作二与操作三比较,角速度不变,半径发生变化,所以两个同学采用了控制变量法。(2)操作一和操作二,都是手握绳结A,则半径相等,根据F=mω2r知,角速度大时所需的向心力大,所以操作二感到向心力较大。(3)操作三和操作二比较,都是每秒运动2周,则角速度相等,根据F=mω2r知,半径大时所需的向心力大,所以操作三感到的向心力较大。
【例2】 图甲为用向心力演示器验证向心力公式的实验示意图,图乙为其俯视图。图中A、B槽分别与a、b轮同轴固定,且a、b轮半径相同。a、b两轮在皮带的带动下匀速转动。
(1)两槽转动的角速度ωA________(选填“>”“=”或“<”)ωB。 (2)现有两质量相同的钢球,①球放在A槽的边缘,②球放在B槽的边缘,它们到各自转轴的距离之比为2∶1,则钢球①、②的线速度之比为________,受到的向心力之比为____________。 
解析:(1)因两轮转动的角速度相同,而两槽的角速度与两轮角速度相同,则两槽转动的角速度相等,即ωA=ωB。(2)钢球①、②的角速度相同,半径之比为2∶1,则根据v=ωr可知,线速度之比为2∶1;根据F=mω2r可知,受到的向心力之比为2∶1。
1.(2021·山东新泰月考)小杨做用圆锥摆粗略验证向心力的表达式的实验,细线下面悬挂一个可以被视为质点的钢球,细线上端固定在铁架台上(铁架台图中未画出)。将画着几个同心圆的白纸置于水平桌面上,使钢球静止时正好位于圆心。用手带动钢球,设法使它沿纸上的某个圆周运动,如图所示。用停表记录钢球运动n周共用时t,用直尺测出钢球做匀速圆周运动的半径r,悬点O距桌面的高度h,用天平测出钢球的质量m,g表示重力加速度。
(1)根据向心力公式,小球做匀速圆周运动所受向心力为Fn=___________ (用m、r、t、n表示); (2)根据受力分析,小球所受合力F=____________(用m、g、r、h表示); 
2.(2021·山东月考)如图为探究向心力与质量、半径、角速度关系的实验装置。金属块放置在转台凹槽中,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。数字计时器可以采集转台转动的时间信息。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,且可以忽略与凹槽之间的摩擦力。(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。若数字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ω=____________。 
(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ω与对应的向心力F的数据,见下表。请根据表中数据在如图给出的坐标纸中作出F与ω2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ω2呈____________(选填“线性”或“非线性”)关系。 
(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:______________、______________。