第四章　第6課時(shí)　實(shí)驗(yàn)六：探究向心力大小與半徑、角速度、質(zhì)量的關(guān)系-2025年高中物理大一輪復(fù)習(xí)

第6課時(shí)實(shí)驗(yàn)六：探究向心力大小與半徑、角速度、質(zhì)量的關(guān)系目標(biāo)要求1.會(huì)用控制變量法探究向心力大小與半徑、角速度、質(zhì)量的關(guān)系。2.會(huì)用圖像法處理數(shù)據(jù)?？键c(diǎn)一實(shí)驗(yàn)技能儲(chǔ)備1．實(shí)驗(yàn)思路本實(shí)驗(yàn)需要探究向心力與多個(gè)物理量之間的關(guān)系，因而實(shí)驗(yàn)采用________________，如圖所示，勻速轉(zhuǎn)動(dòng)手柄，可以使塔輪、長槽和短槽勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，槽內(nèi)的小球也就隨之做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，此時(shí)小球向外擠壓擋板，擋板對小球有一個(gè)向內(nèi)的(指向圓周運(yùn)動(dòng)圓心)的彈力作為小球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的向心力，可以通過________上露出的紅白相間等分標(biāo)記，粗略計(jì)算出兩球所需向心力的比值。在實(shí)驗(yàn)過程中可以通過兩個(gè)小球同時(shí)做圓周運(yùn)動(dòng)對照，分別分析下列情形：(1)在____________一定的情況下，探究向心力大小與角速度的關(guān)系。(2)在________________一定的情況下，探究向心力大小與半徑的關(guān)系。(3)在____________一定的情況下，探究向心力大小與質(zhì)量的關(guān)系。2．實(shí)驗(yàn)器材向心力演示器、小球。3．實(shí)驗(yàn)過程(1)分別將兩個(gè)質(zhì)量相等的小球放在實(shí)驗(yàn)儀器的兩個(gè)小槽中，且小球到轉(zhuǎn)軸(即圓心)距離相同即圓周運(yùn)動(dòng)半徑相同。將皮帶放置在適當(dāng)位置使兩轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動(dòng)，記錄不同角速度下的向心力大小(格數(shù))。(2)分別將兩個(gè)質(zhì)量________的小球放在實(shí)驗(yàn)儀器的長槽和短槽兩個(gè)小槽中，將皮帶放置在適當(dāng)位置使兩轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動(dòng)角速度________、小球到轉(zhuǎn)軸(即圓心)距離不同即圓周運(yùn)動(dòng)半徑不等，記錄不同半徑下的向心力大小(格數(shù))。(3)分別將兩個(gè)質(zhì)量不相等的小球放在實(shí)驗(yàn)儀器的兩個(gè)小槽中，且小球到轉(zhuǎn)軸(即圓心)距離相同即圓周運(yùn)動(dòng)半徑相等，將皮帶放置在適當(dāng)位置使兩轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動(dòng)角速度相等，記錄不同質(zhì)量下的向心力大小(格數(shù))。4．?dāng)?shù)據(jù)處理分別作出____________、Fn－r、Fn－m的圖像，分析向心力大小與角速度、半徑、質(zhì)量之間的關(guān)系，并得出結(jié)論。5．注意事項(xiàng)搖動(dòng)手柄時(shí)應(yīng)力求緩慢加速，注意觀察其中一個(gè)標(biāo)尺的格數(shù)。達(dá)到預(yù)定格數(shù)時(shí)，即保持轉(zhuǎn)速恒定，觀察并記錄其余讀數(shù)。例1(2023·浙江1月選考·16Ⅰ(2))“探究向心力大小的表達(dá)式”實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示。(1)采用的實(shí)驗(yàn)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(dòng)半徑相同的情況下，逐漸加速轉(zhuǎn)動(dòng)手柄到一定速度后保持勻速轉(zhuǎn)動(dòng)。此時(shí)左右標(biāo)尺露出的紅白相間等分標(biāo)記的比值等于兩小球的________________之比(選填“線速度大小”“角速度平方”或“周期平方”)；在加速轉(zhuǎn)動(dòng)手柄過程中，左右標(biāo)尺露出紅白相間等分標(biāo)記的比值________(選填“不變”“變大”或“變小”)?？键c(diǎn)二探索創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新角度創(chuàng)新示例實(shí)驗(yàn)方案及器材的創(chuàng)新以拉力傳感器、速度傳感器、轉(zhuǎn)速測量儀的使用使實(shí)驗(yàn)方案得以改進(jìn)，有利于物理量的測量實(shí)驗(yàn)?zāi)康牡膭?chuàng)新以圓周運(yùn)動(dòng)的形式測量其他物理量例2如圖所示是“DIS向心力實(shí)驗(yàn)器”，當(dāng)質(zhì)量為m的砝碼隨旋轉(zhuǎn)臂一起在水平面內(nèi)做半徑為r的圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，所需的向心力可通過牽引桿由力傳感器測得，旋轉(zhuǎn)臂另一端的擋光桿(擋光桿的擋光寬度為Δs，旋轉(zhuǎn)半徑為R)每經(jīng)過光電門一次，通過力傳感器和光電門就同時(shí)獲得一組向心力大小F和角速度ω的數(shù)據(jù)。(1)某次旋轉(zhuǎn)過程中擋光桿經(jīng)過光電門時(shí)的遮光時(shí)間為Δt，則角速度ω＝________。(2)以F為縱坐標(biāo)，以________(選填“Δt”“eq\f(1,Δt)”“(Δt)2”或“eq\f(1,Δt2)”)為橫坐標(biāo)，可在坐標(biāo)紙中描出數(shù)據(jù)點(diǎn)作一條直線，該直線的斜率為k＝________。(用上述已知量的字母表示)例3(2024·吉林通化市檢測)一同學(xué)用如圖甲所示的裝置探究向心力與角速度的關(guān)系。將力傳感器固定在鐵架臺(tái)上，將細(xì)線一端固定在力傳感器上，另一端固定一個(gè)直徑為d的金屬小球，該同學(xué)測出小球重心到懸點(diǎn)的距離為L，然后拉起小球，使細(xì)線伸直與豎直方向成一角度，靜止釋放小球，讓小球在豎直平面內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng)，當(dāng)小球擺到最低點(diǎn)時(shí)，小球中心恰好經(jīng)過光電門，該同學(xué)在一次實(shí)驗(yàn)中測得小球通過光電門的時(shí)間為Δt。(1)小球通過光電門時(shí)的角速度為________。(2)多次拉起小球，每次拉起小球時(shí)細(xì)線與豎直方向的夾角不同，每次都記錄小球通過光電門的時(shí)間Δt，作出細(xì)線拉力F與eq\f(1,Δt2)的關(guān)系圖像如圖乙所示，已知圖像的斜率為k，截距為b，則小球的質(zhì)量為______________，當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣葹開_____________。(用題中給出的字母表示)例4如圖甲所示，某同學(xué)為了比較不同物體與轉(zhuǎn)盤間動(dòng)摩擦因數(shù)的大小設(shè)計(jì)了該裝置。已知固定于轉(zhuǎn)軸上的角速度傳感器和力傳感器與電腦連接，通過一不可伸長的細(xì)繩連接物塊，細(xì)繩剛好拉直，物塊隨轉(zhuǎn)盤緩慢加速。在電腦上記錄如圖乙所示圖像。換用形狀和大小相同但材料不同的物塊重復(fù)實(shí)驗(yàn)，得到物塊a、b、c分別對應(yīng)的三條直線，發(fā)現(xiàn)a與c的縱截距相同，b與c的橫截距相同，且符合一定的數(shù)