第21讲 探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系（课件）-2024年高考物理一轮复习课件PPT（新教材新高考）

这是一份第21讲 探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系（课件）-2024年高考物理一轮复习课件PPT（新教材新高考），共42页。PPT课件主要包含了高考物理一轮复习策略，复习目标，网络构建，知识梳理题型归纳，真题感悟，内容索引，考情分析，PARTONE等内容，欢迎下载使用。

1、揣摩例题。课本上和老师讲解的例题，一般都具有一定的典型性和代表性。要认真研究，深刻理解，要透过“样板”，学会通过逻辑思维，灵活运用所学知识去分析问题和解决问题，特别是要学习分析问题的思路、解决问题的方法，并能总结出解题的规律。 2、精练习题。复习时不要搞“题海战术”，应在老师的指导下，选一些源于课本的变式题，或体现基本概念、基本方法的基本题，通过解题来提高思维能力和解题技巧，加深对所学知识的深入理解。在解题时，要独立思考，一题多思，一题多解，反复玩味，悟出道理。 3、加强审题的规范性。每每大考过后，总有同学抱怨没考好，纠其原因是考试时没有注意审题。审题决定了成功与否，不解决这个问题势必影响到高考的成败。那么怎么审题呢? 应找出题目中的已知条件 ;善于挖掘题目中的隐含条件 ;认真分析条件与目标的联系，确定解题思路 。 4、重视错题。“错误是最好的老师”，但更重要的是寻找错因，及时进行总结，三五个字，一两句话都行，言简意赅，切中要害，以利于吸取教训，力求相同的错误不犯第二次。
第21讲 探究向心力大小与 半径、角速度、质量的关系
1、掌握并会利用实验的原理，探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系，并会做出必要的误差分析。2、能够在原型实验基础上，通过对实验的改进或者创新，做出同类探究。
知识点　实验目的、器材、原理、步骤、注意事项、误差分析
1.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。2.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。
3.实验器材：向心力演示仪,见右图。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。
4.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1∶1、1∶2和1∶3,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2∶1;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ω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。
5.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。6．注意事项(1)定性感知实验中，轻小物体受到的重力与拉力相比可忽略。(2)使用向心力演示器时应注意：①将横臂紧固螺钉旋紧，以防小球和其他部件飞出而造成事故。②摇动手柄时应力求缓慢加速，注意观察其中一个测力计的格数。达到预定格数时，即保持转速均匀恒定。
考向1 实验原理与操作
1．向心力演示器如图（a）所示。（1）在这个实验中，利用了_________（选填“理想实验法”、“等效替代法”或“控制变量法”）来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，在进行下列实验时采用的方法与本实验相同的是_________。A．探究两个互成角度的力的合成规律B．探究加速度与力、质量的关系C．伽利略对自由落体的研究
（2）图（b）显示了左右两标尺上黑白相间的等分格，则左右两处钢球所受向心力大小之比约为_________A．1：2　　B．1：3　　C．1：4（3）在探究向心力和角速度的关系实验中，若标尺上黑白相间的等分格恰如图（b）所示，那么如图（c）中左右变速塔轮半径之比R1:R2=_________。
2．用如图甲所示的自制装置“探究物体做圆周运动的向心力大小与半径、线速度、质量的关系”，原理如图乙所示，用一根轻杆一端固定小钢球，另一端连接力传感器，小钢球静止于A点，将光电门固定在A点的正下方紧靠A点处。在小钢球底部竖直地粘一片宽度为d的遮光条，小钢球的质量为m，重力加速度为g。将小钢球竖直悬挂，测出悬点到小钢球球心之间的距离为R。
考向2 数据处理与误差分析
（3）改变小钢球释放的位置，重复实验，比较发现F总是略小于Fʹ，造成误差的可能原因是__________。A．小钢球的质量偏小 B．小钢球速度的测量值偏小C． 存在空气阻力 D．小钢球速度的测量值偏大
知识点　实验方案的改进
1.实验装置的改进：由力传感器替代向心力演示器，探究影响向心力大小的因素，使实验数据获取更便捷，数据处理和分析更准确。
1．用如图1所示的实验装置来验证向心力公式。实验小组查得：在忽略空气阻力时，无论小球质量如何，无初速度释放摆线所系小球，只要小球下落高度差相同，则到达最底部的速度大小相等。现实验小组用轻质细线系一个小球，细线的另一端系在拉力传感器上，将小球拉到细线伸直，然后从较高处无初速度释放小球，拉力传感器记录细线拉力，并传送给电脑绘出拉力图线。重力加速度为g=10m/s2，小球可看做质点，实验步骤如下：
考向1 实验原理的改进
A．测出小球质量mB．测出细线长度LC．将小球拉到细线水平伸直，然后无初速度释放小球，记录传感器拉力F并绘制图线D．更换不同质量小球实验E．输出拉力F与运动时间t0图像如图3F．将小球拉到细线伸直，小球无初速度释放点距最低点的高度差为h，如图2，然后释放小球记录传感器拉力并绘制图线G．保持小球质量不变，更换不同长度细线，但保持小球无初速度释放点距最低点的高度差为h不变，多次实验，记录传感器拉力F并绘制图线如图4，图中小球质量m=10×10-3kg。分析：
使小球到达最低点速度相同
2．为验证匀速圆周运动的向心力与线速度之间的定量关系，某同学设计了如下图所示的实验装置。其中AB是固定在坚直转轴OO’上的水平平台，A端固定的压力传感器可测出小钢球对其压力的大小，B端固定一宽度为d的挡光片，光电门可测量挡光片每一次的挡光时间。实验步骤如下∶
考向2 实验器材的创新
3．小名同学在食堂吃饭，看到电风扇开起来以后，灯在桌上的投影忽明忽暗，于是他想到了一种用光传感器测量角速度的方法。他打开实验室的日光灯，将手机放在“向心力实验装置”下方桌面上，如下左图。让悬臂匀速转动，打开手机软件记录光强的变化（如下图），当悬臂挡住光线时，传感器的示数会明显减小，形成一个谷。（1）在同样转速下，手机中光传感器的位置离转轴越近，测到的周期___________（填“不变”、“越大”、“越小”）
考向3 实验思路的创新
（2）放大0-20秒内的数据如图，测得图中的两个峰的时间差值为17.166 s，它们之间有33个谷。则这段时间内悬臂转动的角速度为___________rad/s（保留两位有效数字）。
（3）物体位置不变，小名在约22秒时调了一次转速，如图所示。
（2023·浙江·高考真题）“探究向心力大小的表达式”实验装置如图所示。①采用的实验方法是__________A．控制变量法　　B．等效法　　C．模拟法②在小球质量和转动半径相同的情况下，逐渐加速转动手柄到一定速度后保持匀速转动。此时左右标尺露出的红白相间等分标记的比值等于两小球的 之比（选填“线速度大小”、“角速度平方”或“周期平方”）；在加速转动手柄过程中，左右标尺露出红白相间等分标记的比值__________（选填“不变”、“变大”或“变小”）。