2020版高考物理人教版山東一輪復(fù)習(xí)課件：實(shí)驗(yàn)6 探究向心力大小與半徑、角速度、質(zhì)量的關(guān)系(共30張PPT)

1、對(duì)應(yīng)演練實(shí)驗(yàn)6探究向心力大小與半徑、 角速度、質(zhì)量的關(guān)系對(duì)應(yīng)演練-2-一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康奶骄肯蛐牧εc物體的質(zhì)量、轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度、轉(zhuǎn)動(dòng)的半徑之間的定量關(guān)系。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)采用控制變量法探究(1)使兩物體的質(zhì)量、轉(zhuǎn)動(dòng)的半徑相同,探究向心力的大小跟轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度的定量關(guān)系;(2)使兩物體的質(zhì)量、轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度相同,探究向心力的大小跟轉(zhuǎn)動(dòng)的半徑的定量關(guān)系;(3)使兩物體的轉(zhuǎn)動(dòng)半徑、轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度相同,探究向心力的大小跟物體質(zhì)量的定量關(guān)系。對(duì)應(yīng)演練-3-三、實(shí)驗(yàn)器材向心力演示儀,見下圖。當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)手柄1時(shí),變速輪2和3就隨之轉(zhuǎn)動(dòng),放在長滑槽4和短滑槽5中的球A和B都隨之做圓周運(yùn)動(dòng)。球由于慣性而滾到橫臂的兩個(gè)短臂擋板6處,短

2、臂擋板就推壓球,向球提供了做圓周運(yùn)動(dòng)所需的向心力。由于杠桿作用,短臂向外時(shí),長臂就壓縮塔輪轉(zhuǎn)軸上的測(cè)力部分的彈簧,使測(cè)力部分套管7上方露出標(biāo)尺8的格數(shù),便顯示出了兩球所需向心力之比。對(duì)應(yīng)演練-4-四、實(shí)驗(yàn)與收集證據(jù)(1)安裝并調(diào)試向心力演示儀:在滑槽靜止時(shí),旋動(dòng)兩測(cè)力部分標(biāo)尺的調(diào)零螺母,使兩套管的上沿都與標(biāo)尺頂端對(duì)齊。(2)把兩個(gè)質(zhì)量相同的小球放在長槽和短槽上,使它們的轉(zhuǎn)動(dòng)半徑相同,調(diào)整塔輪上的皮帶,使兩個(gè)小球轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度之比分別為11、12和13,分別讀出兩球所需的向心力大小,將結(jié)果填入表一。對(duì)應(yīng)演練-5-表一:m1=m2,r1=r2。 對(duì)應(yīng)演練-6-(3)把兩個(gè)質(zhì)量相同的小球放在長槽和短槽

3、上,使半徑之比為21;調(diào)整塔輪上的皮帶,使兩個(gè)小球的角速度相同,分別讀出兩球所需的向心力大小,將結(jié)果填入表二。表二:m1=m2,1=2。對(duì)應(yīng)演練-7-(4)把兩個(gè)質(zhì)量不同的小球放在長槽和短槽上,使兩球的轉(zhuǎn)動(dòng)半徑相同,調(diào)整塔輪上的皮帶,使兩個(gè)小球的角速度相同,分別讀出兩球所需的向心力大小,將結(jié)果填入表三。表三:r1=r2,1=2。對(duì)應(yīng)演練-8-分析與論證:實(shí)驗(yàn)結(jié)論:物體做圓周運(yùn)動(dòng)需要的向心力跟物體的質(zhì)量成正比,跟半徑成正比,跟角速度的二次方成正比。對(duì)應(yīng)演練-9-五、探究總結(jié)1.通過探究發(fā)現(xiàn),向心力跟角速度的二次方成正比。2.認(rèn)識(shí)了向心力演示儀的巧妙之處,在于利用兩個(gè)塔輪半徑的不同獲得兩個(gè)塔輪角速

4、度之比,從而克服了直接測(cè)量角速度的困難。3.進(jìn)一步體會(huì)了一種重要的研究方法:控制變量法。4.向心力演示儀提供了兩個(gè)圓周運(yùn)動(dòng),通過兩運(yùn)動(dòng)的對(duì)比,來探究向心力跟三個(gè)因素之間的關(guān)系。這里還隱含著一種重要的研究方法對(duì)比實(shí)驗(yàn)法。六、注意事項(xiàng)1.實(shí)驗(yàn)前應(yīng)將橫臂緊固,螺釘旋緊,以防球和其他部件飛出造成事故。2.實(shí)驗(yàn)時(shí),不宜使標(biāo)尺露出格數(shù)太多,以免由于球沿滑槽外移引起過大的誤差。3.搖動(dòng)手柄時(shí),應(yīng)力求加速緩慢速度均勻。4.皮帶跟塔輪之間要拉緊。對(duì)應(yīng)演練-10-命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二器材使用及原理理解器材使用及原理理解典例1用如圖所示的裝置來探究小球做圓周運(yùn)動(dòng)所需向心力的大小F與質(zhì)量m、角速度和半徑r之間的關(guān)系。兩個(gè)

5、變速輪塔通過皮帶連接,轉(zhuǎn)動(dòng)手柄使長槽和短槽分別隨變速輪塔勻速轉(zhuǎn)動(dòng),槽內(nèi)的鋼球就做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。橫臂的擋板對(duì)鋼球的壓力提供向心力,鋼球?qū)醢宓姆醋饔昧νㄟ^橫臂的杠桿作用使彈簧測(cè)力筒下降,從而露出標(biāo)尺,標(biāo)尺上的黑白相間的等分格顯示出兩個(gè)鋼球所受向心力的比值。如圖是探究過程中某次實(shí)驗(yàn)時(shí)裝置的狀態(tài)。對(duì)應(yīng)演練-11-命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二(1)在研究向心力的大小F與質(zhì)量m關(guān)系時(shí),要保持相同。 A.和rB.和m C.m和r D.m和F(2)如果兩個(gè)鋼球質(zhì)量和半徑相等,則是在研究向心力的大小F與的關(guān)系。 A.質(zhì)量mB.半徑rC.角速度對(duì)應(yīng)演練-12-命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二答案 (1)A(2)C解析 在研究向心力的大小F

6、與質(zhì)量m、角速度和半徑r之間的關(guān)系時(shí),需先控制某些量不變,研究另外兩個(gè)物理量的關(guān)系,該方法為控制變量法。(1)因F=m2r,根據(jù)控制變量法的原理可知,在研究向心力的大小F與質(zhì)量m關(guān)系時(shí),要保持其他的物理量不變,其中包括角速度與半徑r,即保持角速度與半徑相同。故選A。(2)圖中所示兩球的質(zhì)量相同,轉(zhuǎn)動(dòng)的半徑相同,根據(jù)F=m2r,則研究的是向心力與角速度的關(guān)系。故選C。對(duì)應(yīng)演練-13-命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二本實(shí)驗(yàn)采用控制變量法,即要研究一個(gè)量與另外一個(gè)量的關(guān)系,需要控制其他量不變。知道靠皮帶傳動(dòng),變速輪塔的線速度大小相等。對(duì)應(yīng)演練-14-命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)典例2(2019黑龍江哈爾濱第三中

7、學(xué)第一次調(diào)研)為了探究“物體做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí),向心力與哪些因素有關(guān)”,某同學(xué)進(jìn)行了如下實(shí)驗(yàn):對(duì)應(yīng)演練-15-命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二如圖甲所示,繩子的一端拴一個(gè)小沙袋,繩上離小沙袋L處打一個(gè)繩結(jié)A,2L處打另一個(gè)繩結(jié)B。請(qǐng)一位同學(xué)幫助用秒表計(jì)時(shí)。如圖乙所示,做了四次體驗(yàn)性操作。操作1:手握繩結(jié)A,使沙袋在水平面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng),每秒運(yùn)動(dòng)1周。體驗(yàn)此時(shí)繩子拉力的大小。操作2:手握繩結(jié)B,使沙袋在水平面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng),每秒運(yùn)動(dòng)1周。體驗(yàn)此時(shí)繩子拉力的大小。操作3:手握繩結(jié)A,使沙袋在水平平面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng),每秒運(yùn)動(dòng)2周。體驗(yàn)此時(shí)繩子拉力的大小。操作4:手握繩結(jié)A,增大沙袋的質(zhì)量到原來的2倍,使沙袋在水

8、平面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng),每秒運(yùn)動(dòng)1周。體驗(yàn)此時(shí)繩子拉力的大小。對(duì)應(yīng)演練-16-命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二(1)操作2與操作1中,體驗(yàn)到繩子拉力較大的是;(2)操作3與操作1中,體驗(yàn)到繩子拉力較大的是;(3)操作4與操作1中,體驗(yàn)到繩子拉力較大的是;(4)(多選)總結(jié)以上四次體驗(yàn)性操作,可知物體做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí),向心力大小與有關(guān)。 A.半徑B.質(zhì)量C.周期D.線速度的方向(5)實(shí)驗(yàn)中,人體驗(yàn)到的繩子的拉力是否是沙袋做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力(選填“是”或“不是”)。 對(duì)應(yīng)演練-17-命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二答案 (1)操作2(2)操作3(3)操作4(4)ABC(5)不是解析 (1)根據(jù)F=m2r知,操作2與操作1相比,操作

9、2的半徑大,小球質(zhì)量和角速度相等,知拉力較大的是操作2;(2)根據(jù)F=m2r知,操作3與操作1相比,操作3小球的角速度較大,半徑不變,小球的質(zhì)量不變,知操作3的拉力較大。(3)操作4和操作1比較,半徑和角速度不變,小球質(zhì)量變大,根據(jù)F=m2r知,操作4的拉力較大。(4)由以上四次操作,可知向心力的大小與質(zhì)量、半徑、角速度有關(guān)。故選ABC。(5)沙袋做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力是繩子對(duì)沙袋的拉力,作用在沙袋上。而人體驗(yàn)到的繩子的拉力作用在人上,不是同一個(gè)力。對(duì)應(yīng)演練-18-1.如圖所示,圖甲為“向心力演示器驗(yàn)證向心力公式”的實(shí)驗(yàn)示意圖,圖乙為俯視圖。圖中A、B槽分別與a、b輪同軸固定,且a、b輪半徑相同。

10、當(dāng)a、b兩輪在皮帶的帶動(dòng)下勻速轉(zhuǎn)動(dòng)。對(duì)應(yīng)演練-19-(1)兩槽轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度AB。(選填“”“=”或“”)。 (2)現(xiàn)有兩質(zhì)量相同的鋼球,球放在A槽的邊緣,球放在B槽的邊緣,它們到各自轉(zhuǎn)軸的距離之比為21。則鋼球、的線速度之比為;受到的向心力之比為。 答案 (1)=(2)21(3)21解析 (1)因兩輪ab轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度相同,而兩槽的角速度與兩輪角速度相同,則兩槽轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度相等,即A=B;(2)鋼球、的角速度相同,半徑之比為21,則根據(jù)v=r可知,線速度之比為21;根據(jù)F=m2r可知,受到的向心力之比為21。對(duì)應(yīng)演練-20-2.如圖所示為改裝的探究圓周運(yùn)動(dòng)的向心加速度的實(shí)驗(yàn)裝置。有機(jī)玻璃支架上固

11、定一個(gè)直流電動(dòng)機(jī),電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上固定一個(gè)半徑為r的塑枓圓盤,圓盤中心正下方用細(xì)線接一個(gè)重錘,圓盤邊緣連接細(xì)繩,細(xì)繩另一端連接一個(gè)小球。實(shí)驗(yàn)操作如下:對(duì)應(yīng)演練-21-利用天平測(cè)量小球的質(zhì)量m,記錄當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣萭的大小;閉合電源開關(guān),讓小球做如圖所示的勻速圓周運(yùn)動(dòng),調(diào)節(jié)激光筆2的高度和激光筆1的位置,讓激光恰好照射到小球的中心,用刻度尺測(cè)量小球做圓周運(yùn)動(dòng)的半徑R和球心到塑料圓盤的高度h;當(dāng)小球第一次到達(dá)A點(diǎn)時(shí)開始計(jì)時(shí),并記錄為1次,記錄小球n次到達(dá)A點(diǎn)的時(shí)間t;切斷電源,整理器材。對(duì)應(yīng)演練-22-請(qǐng)回答下列問題:(1)(多選)下列說法正確的是。 D.若電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速增加,激光筆1、2應(yīng)分別左移、升高

12、(2)若已測(cè)出R=40.00 cm、r=4.00 cm,h=90.00 cm,t=100.00 s,n=51,取3.14,則小球做圓周運(yùn)動(dòng)的周期T=s,記錄的當(dāng)?shù)刂亓铀俣却笮?yīng)為g= m/s2。(計(jì)算結(jié)果均保留3位有效數(shù)字)對(duì)應(yīng)演練-23-答案 (1)BD(2)2.009.86對(duì)應(yīng)演練-24-對(duì)應(yīng)演練-25-3.一實(shí)驗(yàn)小組利用數(shù)字實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)探究圓周運(yùn)動(dòng)中向心力與角速度、半徑的關(guān)系。他們讓一砝碼做半徑r=0.08 m的圓周運(yùn)動(dòng),通過數(shù)字實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)測(cè)得到若干組向心力F和對(duì)應(yīng)的角速度,做出F-的關(guān)系圖象如圖所示。甲乙對(duì)應(yīng)演練-26-(1)通過分析圖象,猜測(cè)F與2可能成正比。為進(jìn)一步證實(shí)猜測(cè),可作關(guān)系圖

13、象來驗(yàn)證。 (2)將砝碼做圓周運(yùn)動(dòng)的半徑r分別調(diào)整為0.04 m、0.12 m,在一個(gè)坐標(biāo)系中又得到兩條F-圖象,如圖乙所示。作一條平行于縱軸的輔助線,觀察和的比值,得到力F和半徑r成正比的結(jié)論。 對(duì)應(yīng)演練-27-答案 (1)F-2(2)力半徑解析 (1)通過對(duì)圖象的觀察,興趣小組的同學(xué)猜測(cè)F與2成正比。可以通過進(jìn)一步的轉(zhuǎn)換,通過繪出F與2關(guān)系圖象來確定他們的猜測(cè)是否正確,如果猜測(cè)正確,做出的F與2的關(guān)系式應(yīng)當(dāng)為一條傾斜直線。(2)在證實(shí)了F2之后,他們將砝碼做圓周運(yùn)動(dòng)的半徑r再分別調(diào)整為0.04 m、0.12 m,又得到了兩條F-圖象,作一條平行于縱軸的輔助線,是為了保持參量不變,可以得出力與半徑之間的關(guān)系。觀察和圖象的交點(diǎn)中力的數(shù)值之比是否為123,如果比例成立則說明向心力與物體做圓周運(yùn)動(dòng)的半徑成正比。對(duì)應(yīng)演練-28-4.如圖為探究向心力跟質(zhì)量、半徑、角速度關(guān)系式的實(shí)驗(yàn)裝置,金屬塊放置在轉(zhuǎn)臺(tái)上,電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)做圓周運(yùn)動(dòng),改變電動(dòng)機(jī)的電壓,可以改變轉(zhuǎn)臺(tái)的轉(zhuǎn)速,光電計(jì)時(shí)器可以記錄轉(zhuǎn)臺(tái)每轉(zhuǎn)一圈的時(shí)間,金屬塊被約束在轉(zhuǎn)臺(tái)的凹槽中,只能沿半徑方向移動(dòng),且跟轉(zhuǎn)臺(tái)之間的摩擦力很小可以忽略。對(duì)應(yīng)演練-29-(1)某同學(xué)為了探究向心力跟角速度的關(guān)系,需要控制和兩個(gè)變量保持不變,改變轉(zhuǎn)臺(tái)的轉(zhuǎn)速,對(duì)應(yīng)每個(gè)轉(zhuǎn)速由