2020版高考物理人教版山東一輪復習課件：實驗6 探究向心力大小與半徑、角速度、質量的關系(共30張PPT)

1、對應演練實驗6探究向心力大小與半徑、 角速度、質量的關系對應演練-2-一、實驗目的探究向心力與物體的質量、轉動的角速度、轉動的半徑之間的定量關系。二、實驗設計采用控制變量法探究(1)使兩物體的質量、轉動的半徑相同,探究向心力的大小跟轉動的角速度的定量關系;(2)使兩物體的質量、轉動的角速度相同,探究向心力的大小跟轉動的半徑的定量關系;(3)使兩物體的轉動半徑、轉動的角速度相同,探究向心力的大小跟物體質量的定量關系。對應演練-3-三、實驗器材向心力演示儀,見下圖。當轉動手柄1時,變速輪2和3就隨之轉動,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

2、臂擋板就推壓球,向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,長臂就壓縮塔輪轉軸上的測力部分的彈簧,使測力部分套管7上方露出標尺8的格數(shù),便顯示出了兩球所需向心力之比。對應演練-4-四、實驗與收集證據(1)安裝并調試向心力演示儀:在滑槽靜止時,旋動兩測力部分標尺的調零螺母,使兩套管的上沿都與標尺頂端對齊。(2)把兩個質量相同的小球放在長槽和短槽上,使它們的轉動半徑相同,調整塔輪上的皮帶,使兩個小球轉動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,將結果填入表一。對應演練-5-表一:m1=m2,r1=r2。 對應演練-6-(3)把兩個質量相同的小球放在長槽和短槽

3、上,使半徑之比為21;調整塔輪上的皮帶,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,將結果填入表二。表二:m1=m2,1=2。對應演練-7-(4)把兩個質量不同的小球放在長槽和短槽上,使兩球的轉動半徑相同,調整塔輪上的皮帶,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,將結果填入表三。表三:r1=r2,1=2。對應演練-8-分析與論證:實驗結論:物體做圓周運動需要的向心力跟物體的質量成正比,跟半徑成正比,跟角速度的二次方成正比。對應演練-9-五、探究總結1.通過探究發(fā)現(xiàn),向心力跟角速度的二次方成正比。2.認識了向心力演示儀的巧妙之處,在于利用兩個塔輪半徑的不同獲得兩個塔輪角速

4、度之比,從而克服了直接測量角速度的困難。3.進一步體會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圓周運動,通過兩運動的對比,來探究向心力跟三個因素之間的關系。這里還隱含著一種重要的研究方法對比實驗法。六、注意事項1.實驗前應將橫臂緊固,螺釘旋緊,以防球和其他部件飛出造成事故。2.實驗時,不宜使標尺露出格數(shù)太多,以免由于球沿滑槽外移引起過大的誤差。3.搖動手柄時,應力求加速緩慢速度均勻。4.皮帶跟塔輪之間要拉緊。對應演練-10-命題點一命題點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動所需向心力的大小F與質量m、角速度和半徑r之間的關系。兩個

5、變速輪塔通過皮帶連接,轉動手柄使長槽和短槽分別隨變速輪塔勻速轉動,槽內的鋼球就做勻速圓周運動。橫臂的擋板對鋼球的壓力提供向心力,鋼球對擋板的反作用力通過橫臂的杠桿作用使彈簧測力筒下降,從而露出標尺,標尺上的黑白相間的等分格顯示出兩個鋼球所受向心力的比值。如圖是探究過程中某次實驗時裝置的狀態(tài)。對應演練-11-命題點一命題點二(1)在研究向心力的大小F與質量m關系時,要保持相同。 A.和rB.和m C.m和r D.m和F(2)如果兩個鋼球質量和半徑相等,則是在研究向心力的大小F與的關系。 A.質量mB.半徑rC.角速度對應演練-12-命題點一命題點二答案 (1)A(2)C解析 在研究向心力的大小F

6、與質量m、角速度和半徑r之間的關系時,需先控制某些量不變,研究另外兩個物理量的關系,該方法為控制變量法。(1)因F=m2r,根據控制變量法的原理可知,在研究向心力的大小F與質量m關系時,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)圖中所示兩球的質量相同,轉動的半徑相同,根據F=m2r,則研究的是向心力與角速度的關系。故選C。對應演練-13-命題點一命題點二本實驗采用控制變量法,即要研究一個量與另外一個量的關系,需要控制其他量不變。知道靠皮帶傳動,變速輪塔的線速度大小相等。對應演練-14-命題點一命題點二創(chuàng)新實驗創(chuàng)新實驗典例2(2019黑龍江哈爾濱第三中

7、學第一次調研)為了探究“物體做勻速圓周運動時,向心力與哪些因素有關”,某同學進行了如下實驗:對應演練-15-命題點一命題點二如圖甲所示,繩子的一端拴一個小沙袋,繩上離小沙袋L處打一個繩結A,2L處打另一個繩結B。請一位同學幫助用秒表計時。如圖乙所示,做了四次體驗性操作。操作1:手握繩結A,使沙袋在水平面內做勻速圓周運動,每秒運動1周。體驗此時繩子拉力的大小。操作2:手握繩結B,使沙袋在水平面內做勻速圓周運動,每秒運動1周。體驗此時繩子拉力的大小。操作3:手握繩結A,使沙袋在水平平面內做勻速圓周運動,每秒運動2周。體驗此時繩子拉力的大小。操作4:手握繩結A,增大沙袋的質量到原來的2倍,使沙袋在水

8、平面內做勻速圓周運動,每秒運動1周。體驗此時繩子拉力的大小。對應演練-16-命題點一命題點二(1)操作2與操作1中,體驗到繩子拉力較大的是;(2)操作3與操作1中,體驗到繩子拉力較大的是;(3)操作4與操作1中,體驗到繩子拉力較大的是;(4)(多選)總結以上四次體驗性操作,可知物體做勻速圓周運動時,向心力大小與有關。 A.半徑B.質量C.周期D.線速度的方向(5)實驗中,人體驗到的繩子的拉力是否是沙袋做圓周運動的向心力(選填“是”或“不是”)。 對應演練-17-命題點一命題點二答案 (1)操作2(2)操作3(3)操作4(4)ABC(5)不是解析 (1)根據F=m2r知,操作2與操作1相比,操作

9、2的半徑大,小球質量和角速度相等,知拉力較大的是操作2;(2)根據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,小球質量變大,根據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量、半徑、角速度有關。故選ABC。(5)沙袋做圓周運動的向心力是繩子對沙袋的拉力,作用在沙袋上。而人體驗到的繩子的拉力作用在人上,不是同一個力。對應演練-18-1.如圖所示,圖甲為“向心力演示器驗證向心力公式”的實驗示意圖,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a、b兩輪在皮帶的帶動下勻速轉動。對應演練-19-(1)兩槽轉動的角速度AB。(選填“”“=”或“”)。 (2)現(xiàn)有兩質量相同的鋼球,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轉動的角速度相同,而兩槽的角速度與兩輪角速度相同,則兩槽轉動的角速度相等,即A=B;(2)鋼球、的角速度相同,半徑之比為21,則根據v=r可知,線速度之比為21;根據F=m2r可知,受到的向心力之比為21。對應演練-20-2.如圖所示為改裝的探究圓周運動的向心加速度的實驗裝置。有機玻璃支架上固

11、定一個直流電動機,電動機轉軸上固定一個半徑為r的塑枓圓盤,圓盤中心正下方用細線接一個重錘,圓盤邊緣連接細繩,細繩另一端連接一個小球。實驗操作如下:對應演練-21-利用天平測量小球的質量m,記錄當?shù)氐闹亓铀俣萭的大小;閉合電源開關,讓小球做如圖所示的勻速圓周運動,調節(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,用刻度尺測量小球做圓周運動的半徑R和球心到塑料圓盤的高度h;當小球第一次到達A點時開始計時,并記錄為1次,記錄小球n次到達A點的時間t;切斷電源,整理器材。對應演練-22-請回答下列問題:(1)(多選)下列說法正確的是。 D.若電動機轉速增加,激光筆1、2應分別左移、升高

12、(2)若已測出R=40.00 cm、r=4.00 cm,h=90.00 cm,t=100.00 s,n=51,取3.14,則小球做圓周運動的周期T=s,記錄的當?shù)刂亓铀俣却笮獮間= m/s2。(計算結果均保留3位有效數(shù)字)對應演練-23-答案 (1)BD(2)2.009.86對應演練-24-對應演練-25-3.一實驗小組利用數(shù)字實驗系統(tǒng)探究圓周運動中向心力與角速度、半徑的關系。他們讓一砝碼做半徑r=0.08 m的圓周運動,通過數(shù)字實驗系統(tǒng)測得到若干組向心力F和對應的角速度,做出F-的關系圖象如圖所示。甲乙對應演練-26-(1)通過分析圖象,猜測F與2可能成正比。為進一步證實猜測,可作關系圖

13、象來驗證。 (2)將砝碼做圓周運動的半徑r分別調整為0.04 m、0.12 m,在一個坐標系中又得到兩條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成正比的結論。 對應演練-27-答案 (1)F-2(2)力半徑解析 (1)通過對圖象的觀察,興趣小組的同學猜測F與2成正比?？梢酝ㄟ^進一步的轉換,通過繪出F與2關系圖象來確定他們的猜測是否正確,如果猜測正確,做出的F與2的關系式應當為一條傾斜直線。(2)在證實了F2之后,他們將砝碼做圓周運動的半徑r再分別調整為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系。觀察和圖象的交點中力的數(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動的半徑成正比。對應演練-28-4.如圖為探究向心力跟質量、半徑、角速度關系式的實驗裝置,金屬塊放置在轉臺上,電動機帶動轉臺做圓周運動,改變電動機的電壓,可以改變轉臺的轉速,光電計時器可以記錄轉臺每轉一圈的時間,金屬塊被約束在轉臺的凹槽中,只能沿半徑方向移動,且跟轉臺之間的摩擦力很小可以忽略。對應演練-29-(1)某同學為了探究向心力跟角速度的關系,需要控制和兩個變量保持不變,改變轉臺的轉速,對應每個轉速由