2024高考物理一輪復(fù)習(xí) 第21講 探究向心力大小與半徑、角速度、質(zhì)量的關(guān)系（課件）

第21講

探究向心力大小與

半徑、角速度、質(zhì)量的關(guān)系2024高考一輪復(fù)習(xí)講練測01復(fù)習(xí)目標(biāo)02網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建03知識梳理題型歸納04真題感悟目錄CONTENTS內(nèi)容索引知識考點考點1：教材原型實驗考點2：創(chuàng)新實驗方案夯基·必備基礎(chǔ)知識梳理知識點：實驗?zāi)康摹⑵鞑?、原理、步驟、注意事項、誤差分析知識點：實驗方案的改進(jìn)提升·必考題型歸納考向1：實驗原理與操作考向1實驗原理的改進(jìn)考向2實驗器材的創(chuàng)新考向2：數(shù)據(jù)處理與誤差分析考向3實驗思路的創(chuàng)新復(fù)習(xí)目標(biāo)1、掌握并會利用實驗的原理，探究向心力大小與半徑、角速度、質(zhì)量的關(guān)系，并會做出必要的誤差分析。2、能夠在原型實驗基礎(chǔ)上，通過對實驗的改進(jìn)或者創(chuàng)新，做出同類探究?？记榉治鼍W(wǎng)絡(luò)構(gòu)建01教材原型實驗PARTONE夯基·必備基礎(chǔ)知識知識點實驗?zāi)康?、器材、原理、步驟、注意事項、誤差分析1.實驗?zāi)康模禾骄肯蛐牧εc物體的質(zhì)量、轉(zhuǎn)動的角速度、轉(zhuǎn)動的半徑之間的定量關(guān)系。2.實驗思路：采用控制變量法探究(1)使兩物體的質(zhì)量、轉(zhuǎn)動的半徑相同,探究向心力的大小跟轉(zhuǎn)動的角速度的定量關(guān)系;(2)使兩物體的質(zhì)量、轉(zhuǎn)動的角速度相同,探究向心力的大小跟轉(zhuǎn)動的半徑的定量關(guān)系;(3)使兩物體的轉(zhuǎn)動半徑、轉(zhuǎn)動的角速度相同,探究向心力的大小跟物體質(zhì)量的定量關(guān)系。夯基·必備基礎(chǔ)知識知識點實驗?zāi)康?、器材、原理、步驟、注意事項、誤差分析3.實驗器材：向心力演示儀,見右圖。當(dāng)轉(zhuǎn)動手柄1時,變速塔輪2和3就隨之轉(zhuǎn)動,放在長滑槽4和短滑槽5中的球A和B都隨之做圓周運動。球由于慣性而滾到橫臂的兩個短臂擋板6處,短臂擋板就推壓球,給球提供了做圓周運動所需的向心力。由于杠桿作用,短臂向外時,長臂就壓縮塔輪轉(zhuǎn)軸上的測力部分的彈簧,使測力部分套管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。夯基·必備基礎(chǔ)知識知識點實驗?zāi)康?、器材、原理、步驟、注意事項、誤差分析4.進(jìn)行實驗：(1)安裝并調(diào)試向心力演示儀:在滑槽靜止時,旋動兩測力部分標(biāo)尺的調(diào)零螺母,使兩套管的上沿都與標(biāo)尺頂端對齊。(2)把兩個質(zhì)量相同的小球放在長槽和短槽上,使它們的轉(zhuǎn)動半徑相同,調(diào)整塔輪上的皮帶,使兩個小球轉(zhuǎn)動的角速度之比分別為1∶1、1∶2和1∶3,分別讀出兩球所需的向心力大小,將結(jié)果填入設(shè)計的表格。(3)把兩個質(zhì)量相同的小球放在長槽和短槽上,使半徑之比為2∶1;調(diào)整塔輪上的皮帶,使兩個小球的角速度相同,分別讀出兩球所需的向心力大小,將結(jié)果填入設(shè)計的表格。夯基·必備基礎(chǔ)知識知識點實驗?zāi)康?、器材、原理、步驟、注意事項、誤差分析(4)把兩個質(zhì)量不同的小球放在長槽和短槽上,使兩球的轉(zhuǎn)動半徑相同,調(diào)整塔輪上的皮帶,使兩個小球的角速度相同,分別讀出兩球所需的向心力大小,將結(jié)果填入設(shè)計的表格。分析與論證:(1)分析表格,發(fā)現(xiàn)F跟ω的二次方成正比。(2)分析表格,發(fā)現(xiàn)F跟r成正比。(3)分析表格,發(fā)現(xiàn)F跟m成正比。夯基·必備基礎(chǔ)知識知識點實驗?zāi)康?、器材、原理、步驟、注意事項、誤差分析5.實驗結(jié)論:物體做圓周運動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。6．注意事項(1)定性感知實驗中，輕小物體受到的重力與拉力相比可忽略。(2)使用向心力演示器時應(yīng)注意：①將橫臂緊固螺釘旋緊，以防小球和其他部件飛出而造成事故。②搖動手柄時應(yīng)力求緩慢加速，注意觀察其中一個測力計的格數(shù)。達(dá)到預(yù)定格數(shù)時，即保持轉(zhuǎn)速均勻恒定?？枷?實驗原理與操作1．向心力演示器如圖（a）所示。（1）在這個實驗中，利用了_________（選填“理想實驗法”、“等效替代法”或“控制變量法”）來探究向心力的大小與小球質(zhì)量m、角速度ω和半徑r之間的關(guān)系，在進(jìn)行下列實驗時采用的方法與本實驗相同的是_________。A．探究兩個互成角度的力的合成規(guī)律B．探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系C．伽利略對自由落體的研究提升·必備題型歸納控制變量法

B（2）圖（b）顯示了左右兩標(biāo)尺上黑白相間的等分格，則左右兩處鋼球所受向心力大小之比約為_________A．1：2B．1：3C．1：4（3）在探究向心力和角速度的關(guān)系實驗中，若標(biāo)尺上黑白相間的等分格恰如圖（b）所示，那么如圖（c）中左右變速塔輪半徑之比R1:R2=_________。提升·必備題型歸納考向1實驗原理與操作2:1C

提升·必備題型歸納2．用如圖甲所示的自制裝置“探究物體做圓周運動的向心力大小與半徑、線速度、質(zhì)量的關(guān)系”，原理如圖乙所示，用一根輕桿一端固定小鋼球，另一端連接力傳感器，小鋼球靜止于A點，將光電門固定在A點的正下方緊靠A點處。在小鋼球底部豎直地粘一片寬度為d的遮光條，小鋼球的質(zhì)量為m，重力加速度為g。將小鋼球豎直懸掛，測出懸點到小鋼球球心之間的距離為R。提升·必備題型歸納考向2數(shù)據(jù)處理與誤差分析提升·必備題型歸納考向2數(shù)據(jù)處理與誤差分析（3）改變小鋼球釋放的位置，重復(fù)實驗，比較發(fā)現(xiàn)F總是略小于F?，造成誤差的可能原因是__________。A．小鋼球的質(zhì)量偏小B．小鋼球速度的測量值偏小C．存在空氣阻力D．小鋼球速度的測量值偏大提升·必備題型歸納考向2數(shù)據(jù)處理與誤差分析D提升·必備題型歸納02創(chuàng)新實驗方案PARTONE夯基·必備基礎(chǔ)知識知識點實驗方案的改進(jìn)1.實驗裝置的改進(jìn)：由力傳感器替代向心力演示器，探究影響向心力大小的因素，使實驗數(shù)據(jù)獲取更便捷，數(shù)據(jù)處理和分析更準(zhǔn)確。夯基·必備基礎(chǔ)知識知識點實驗方案的改進(jìn)2.實驗原理的創(chuàng)新：1．用如圖1所示的實驗裝置來驗證向心力公式。實驗小組查得：在忽略空氣阻力時，無論小球質(zhì)量如何，無初速度釋放擺線所系小球，只要小球下落高度差相同，則到達(dá)最底部的速度大小相等?，F(xiàn)實驗小組用輕質(zhì)細(xì)線系一個小球，細(xì)線的另一端系在拉力傳感器上，將小球拉到細(xì)線伸直，然后從較高處無初速度釋放小球，拉力傳感器記錄細(xì)線拉力，并傳送給電腦繪出拉力圖線。重力加速度為g=10m/s2，小球可看做質(zhì)點，實驗步驟如下：提升·必備題型歸納考向1實驗原理的改進(jìn)提升·必備題型歸納考向1實驗原理的改進(jìn)2．為驗證勻速圓周運動的向心力與線速度之間的定量關(guān)系，某同學(xué)設(shè)計了如下圖所示的實驗裝置。其中AB是固定在堅直轉(zhuǎn)軸OO’上的水平平臺，A端固定的壓力傳感器可測出小鋼球?qū)ζ鋲毫Φ拇笮?，B端固定一寬度為d的擋光片，光電門可測量擋光片每一次的擋光時間。實驗步驟如下∶提升·必備題型歸納考向2實驗器材的創(chuàng)新提升·必備題型歸納考向2實驗器材的創(chuàng)新提升·必備題型歸納3．小名同學(xué)在食堂吃飯，看到電風(fēng)扇開起來以后，燈在桌上的投影忽明忽暗，于是他想到了一種用光傳感器測量角速度的方法。他打開實驗室的日光燈，將手機(jī)放在“向心力實驗裝置”下方桌面上，如下左圖。讓懸臂勻速轉(zhuǎn)動，打開手機(jī)軟件記錄光強(qiáng)的變化（如下圖），當(dāng)懸臂擋住光線時，傳感器的示數(shù)會明顯減小，形成一個谷。（1）在同樣轉(zhuǎn)速下，手機(jī)中光傳感器的位置離轉(zhuǎn)軸越近，測到的周期___________（填“不變”、“越大”、“越小”）提升·必備題型歸納考向3實驗思路的創(chuàng)新不變提升·必備題型歸納考向3實驗思路的創(chuàng)新（2）放大0-20秒內(nèi)的數(shù)據(jù)如圖，測得圖中的兩個峰的時間差值為17.166s，它們之間有33個谷。則這段時間內(nèi)懸臂轉(zhuǎn)動的角速度為___________rad/s（保留兩位有效數(shù)字）。12PARTONE真題感悟真題感悟（2023·浙江·高考真題）“探究向心力大小的表達(dá)式”實驗裝置如圖所示。①采用的實驗方法是__________A．控制變量法B．等效法C．模擬法②在小球質(zhì)量和轉(zhuǎn)動半徑相同的情況下，逐漸加速轉(zhuǎn)動手柄到一定速度