2022版高考物理一轮复习 第四章 曲线运动 万有引力与航天 实验六 探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系课件 新人教版.ppt

实验六探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系一、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、实验原理与要求[基本实验要求]1．实验原理：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。2．实验器材：向心力演示器3．实验步骤(1)向心力大小与哪些因素有关的定性感知。①在小物体的质量和角速度不变的条件下，改变小物体做圆周运动的半径进行实验。②在小物体的质量和做圆周运动的半径不变的条件下，改变物体的角速度进行实验。③换用不同质量的小物体，在角速度和半径不变的条件下，重复上述操作。(2)向心力与质量、角速度、半径关系的定量分析。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。这时，小球向外挤压挡板，挡板对小球的反作用力提供了小球做匀速圆周运动的向心力。同时，小球压挡板的力使挡板另一端压缩弹簧测力套筒里的弹簧，弹簧的压缩量可以从标尺上读出，该读数显示了向心力大小。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。注意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。注意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。注意向心力的大小与质量的关系。④重复几次以上实验。4.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。[规律方法总结]1．数据处理(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，将结果填入表一。表一：m1＝m2，r1＝r2。(2)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，将结果填入表二。(3)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，将结果填入表三。3．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，跟角速度的平方成正比。命题点一教材原型实验实验原理与操作[典例1]用如图所示的装置可以探究做匀速圆周运动的物体需要的向心力的大小与哪些因素有关。(1)本实验采用的科学方法是________。A．控制变量法B．累积法C．微元法D．放大法[解析](1)探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系，要采用控制变量法探究，故正确选项为A。(2)图示情景正在探究的是________。A．向心力的大小与半径的关系B．向心力的大小与线速度大小的关系C．向心力的大小与角速度大小的关系D．向心力的大小与物体质量的关系[解析](2)实验中，两小球的种类不同，故是保持两小球的转动半径、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。故正确选项为D。(3)通过本实验可以得到的结论是________。A．在质量和半径一定的情况下，向心力的大小与角速度成正比B．在质量和半径一定的情况下，向心力的大小与线速度的大小成正比C．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D．在质量和角速度一定的情况下，向心力的大小与半径成反比[解析](3)两小球的转动半径、转动的角速度相同，探究向心力的大小跟物体质量成正比，故正确选项为C。数据处理与分析[典例2]如图所示，图甲为“用向心力演示器验证向心力公式”的实验示意图，图乙为俯视图。图中A、B槽分别与a、b轮同轴固定，且a、b轮半径相同。当a、b两轮在皮带的带动下匀速转动。(1)两槽转动的角速度ωA________ωB。(选填“>”“＝”或“<”)(2)现有两质量相同的钢球，①球放在A槽的边缘，②球放在B槽的边缘，它们到各自转轴的距离之比为2∶1。则钢球①、②的线速度之比为________；受到的向心力之比为________。[解析](1)因a、b两轮转动的角速度相同，而两槽的角速度与两轮的角速度相同，则两槽转动的角速度相等，即ωA＝ωB；(2)钢球①、②的角速度相同，半径之比为2∶1，则根据v＝ωr可知，线速度之比为2∶1；根据