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2025版高考物理全程一轮复习第四章曲线运动实验六探究向心力大小与半径角速度质量的关系课件
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这是一份2025版高考物理全程一轮复习第四章曲线运动实验六探究向心力大小与半径角速度质量的关系课件，共26页。PPT课件主要包含了必备知识·自主落实，关键能力·分层突破，实验思路与操作，控制变量法，小球的直径d等内容，欢迎下载使用。
素养目标1. 会用控制变量法探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系．2．会用作图法处理数据，掌握化曲为直的思想．
二、数据处理与分析1．分别作出Fn － ω2、Fn － r、Fn － m的图像．2．实验结论：(1)在质量和半径一定的情况下，向心力的大小与角速度的平方成正比．(2)在质量和角速度一定的情况下，向心力的大小与半径成正比．(3)在半径和角速度一定的情况下，向心力的大小与质量成正比．
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，应力求转速缓慢均匀增加．(4)皮带跟塔轮之间要拉紧．
考点一 教材原型实验例 1 [2024·湖南邵阳市第二中学模拟]用如图所示的实验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ω和半径r之间的关系，转动手柄使长槽和短槽分别随塔轮匀速转动，槽内的球就做匀速圆周运动．横臂的挡板对球的压力提供了向心力，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，标尺上的红白相间的等分格显示出两个小球所受向心力的比值．实验用球分为钢球和铝球，请回答相关问题：
(1)在某次实验中，某同学把两个质量相等的钢球放在A、C位置，A、C到塔轮中心距离相等，将皮带处于左、右塔轮的半径不等的层上．转动手柄，观察左右标尺的刻度，此时可研究向心力的大小与________的关系．A．质量m B．角速度ω C．半径r(2)在(1)的实验中，某同学匀速转动手柄时，左边标尺露出4个格，右边标尺露出1个格，则皮带连接的左、右塔轮半径之比为________；其他条件不变，若增大手柄转动的速度，则左、右两标尺的示数将________，两标尺示数的比值________(均选填“变大”“变小”或“不变”)．
例 2 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___________(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做圆周运动所需的向心力大小之比；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________组数据．
解析：(1)根据F＝mω2r，为了探究向心力大小与物体质量的关系，应控制半径r相等，角速度ω大小相等，即采用控制变量法．(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均相等，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__________________________________________________.(写出一条即可)
质量的测量引起的误差；弹簧测力套筒的读数引起的误差等．
左右塔轮通过不打滑的传动皮带连接，并可通过改变传动皮带所处的层来改变左右塔轮的角速度之比，实验时，将两个小球分别放在短槽的C处和长槽的A(或B)处，A、C分别到左右塔轮中心的距离相等，B到左塔轮中心的距离是A到左塔轮中心距离的2倍，转动手柄使长槽和短槽分别随变速塔轮一起匀速转动，槽内的球就做匀速圆周运动．横臂的挡板对球的压力提供了向心力，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，标尺上的红白相间的等分格显示出两个小球所受向心力的比值．
解析：(1)第一层皮带传送时线速度相等且半径相等，则两盘转动的角速度相等，将质量相等的两个小球分别放置挡板B和C处，就能保证有不同的半径，根据Fn＝mω2r，可知探究的是向心力和半径的关系．故选C.(2)若传动皮带套在塔轮第三层，同一皮带的线速度相等，而两轮的半径之比为3∶1，由v＝ωR可知，两塔轮的角速度之比为1∶3.(3)两个球的质量m相等，传动皮带位于第二层时因两轮的半径R之比为2∶1，则由v＝ωR可知，两塔轮的角速度之比为1∶2；A、C分别到左右塔轮中心的距离相等即转动时的半径r相等，根据Fn＝mω2r可知向心力之比为1∶4，左右两标尺露出的格子数与向心力的大小成正比，则格子数之比为1∶4.
(3)若小球A、C质量相同，下列图像能正确反映Fa、Fc与转盘转动的角速度ω的关系的是________．
解析：由F＝mω2R可知，A正确．
例 5 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＝________；(3)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T的数据，作出T-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．
素养目标1. 会用控制变量法探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系．2．会用作图法处理数据，掌握化曲为直的思想．
二、数据处理与分析1．分别作出Fn － ω2、Fn － r、Fn － m的图像．2．实验结论：(1)在质量和半径一定的情况下，向心力的大小与角速度的平方成正比．(2)在质量和角速度一定的情况下，向心力的大小与半径成正比．(3)在半径和角速度一定的情况下，向心力的大小与质量成正比．
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，应力求转速缓慢均匀增加．(4)皮带跟塔轮之间要拉紧．
考点一 教材原型实验例 1 [2024·湖南邵阳市第二中学模拟]用如图所示的实验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ω和半径r之间的关系，转动手柄使长槽和短槽分别随塔轮匀速转动，槽内的球就做匀速圆周运动．横臂的挡板对球的压力提供了向心力，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，标尺上的红白相间的等分格显示出两个小球所受向心力的比值．实验用球分为钢球和铝球，请回答相关问题：
(1)在某次实验中，某同学把两个质量相等的钢球放在A、C位置，A、C到塔轮中心距离相等，将皮带处于左、右塔轮的半径不等的层上．转动手柄，观察左右标尺的刻度，此时可研究向心力的大小与________的关系．A．质量m B．角速度ω C．半径r(2)在(1)的实验中，某同学匀速转动手柄时，左边标尺露出4个格，右边标尺露出1个格，则皮带连接的左、右塔轮半径之比为________；其他条件不变，若增大手柄转动的速度，则左、右两标尺的示数将________，两标尺示数的比值________(均选填“变大”“变小”或“不变”)．
例 2 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___________(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做圆周运动所需的向心力大小之比；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________组数据．
解析：(1)根据F＝mω2r，为了探究向心力大小与物体质量的关系，应控制半径r相等，角速度ω大小相等，即采用控制变量法．(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均相等，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__________________________________________________.(写出一条即可)
质量的测量引起的误差；弹簧测力套筒的读数引起的误差等．
左右塔轮通过不打滑的传动皮带连接，并可通过改变传动皮带所处的层来改变左右塔轮的角速度之比，实验时，将两个小球分别放在短槽的C处和长槽的A(或B)处，A、C分别到左右塔轮中心的距离相等，B到左塔轮中心的距离是A到左塔轮中心距离的2倍，转动手柄使长槽和短槽分别随变速塔轮一起匀速转动，槽内的球就做匀速圆周运动．横臂的挡板对球的压力提供了向心力，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，标尺上的红白相间的等分格显示出两个小球所受向心力的比值．
解析：(1)第一层皮带传送时线速度相等且半径相等，则两盘转动的角速度相等，将质量相等的两个小球分别放置挡板B和C处，就能保证有不同的半径，根据Fn＝mω2r，可知探究的是向心力和半径的关系．故选C.(2)若传动皮带套在塔轮第三层，同一皮带的线速度相等，而两轮的半径之比为3∶1，由v＝ωR可知，两塔轮的角速度之比为1∶3.(3)两个球的质量m相等，传动皮带位于第二层时因两轮的半径R之比为2∶1，则由v＝ωR可知，两塔轮的角速度之比为1∶2；A、C分别到左右塔轮中心的距离相等即转动时的半径r相等，根据Fn＝mω2r可知向心力之比为1∶4，左右两标尺露出的格子数与向心力的大小成正比，则格子数之比为1∶4.
(3)若小球A、C质量相同，下列图像能正确反映Fa、Fc与转盘转动的角速度ω的关系的是________．
解析：由F＝mω2R可知，A正确．
例 5 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＝________；(3)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T的数据，作出T-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．
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