2025高考物理一轮总复习第4章抛体运动与圆周运动实验6探究向心力大小与半径角速度质量的关系课件
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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】 (2024·山东枣庄联考)如图甲所示是向心力演示器,用于探究做圆周运动物体的向心力大小与物体的质量、半径、角速度的关系。挡板A、B、C可以控制小球做圆周运动的半径,所连弹簧测力筒的标尺露出的格数可以显示向心力的大小。挡板A、C到各自转轴的距离均为挡板B到转轴距离的一半。塔轮结构如图乙所示,每侧三个转轮的半径从小到大分别为r、2r、3r,可分别用传动皮带连接。请完成下列问题。
(1)探究向心力大小与物体质量的关系时,在挡板A处放铝球。挡板C处放钢球,传动皮带挂左塔轮的中轮,应挂右塔轮的______(填“上”“中”或“下”)轮。
(2)探究向心力大小与角速度的关系时,应采用下列的______(填“A”“B”或“C”)图所示安装器材。
(3)某实验小组为验证向心力公式,将铝球放在挡板B处,钢球放在挡板C处,传动皮带均挂在左、右塔轮的上轮,摇动手柄,稳定后,右侧标尺露出1格,则左侧标尺应该露出______格。已知钢球质量是铝球质量的3倍。
[解析] (1)探究向心力大小与物体质量的关系时,应控制物体做圆周运动的半径相同,物体做圆周运动的角速度相同,则在挡板A处放铝球。挡板C处放钢球,传动皮带挂左塔轮的中轮,应挂右塔轮中轮。(2)探究向心力大小与角速度的关系时,应控制物体的质量相同,物体做圆周运动的半径相同,故应采用下列的C图所示安装器材。(3)根据向心力表达式可得 又rB=2rC,m钢=3m铝,ω左=3ω右联立可得F左∶F右=6∶1稳定后,右侧标尺露出1格,则左侧标尺应该露出6格。
(能力考点·深度研析)1.实验方法迁移应用
►考向 实验器材、实验方案的改进 如图甲所示是一个研究向心力与哪些因素有关的DIS实验装置的示意图,其中做匀速圆周运动的圆柱体的质量为m,放置在未画出的圆盘上,圆周轨道的半径为r,力电传感器测定的是向心力,光电传感器测定的是圆柱体的线速度大小,表格中是所得数据,图乙为Fn-v图像、Fn-v2图像、Fn-v3图像。
(1)数据表格和图乙中的三个图像是在用实验探究向心力Fn和圆柱体线速度大小v的关系时,保持圆柱体质量不变、半径r=0.1 m的条件下得到的。研究图像后,可得出向心力Fn和圆柱体线速度大小v的关系式为______________________。(2)为了研究Fn与r的关系,实验时除了保持圆柱体质量不变外,还应保持________________不变。
【跟踪训练】 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)
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