高考物理复习：实验探究向心力大小与半径角速度质量的关系共张PPTPPT课件
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2025版高考物理一轮总复习第4章抛体运动与圆周运动实验6探究向心力大小与半径角速度质量的关系课件
的示意图，其中做匀速圆周运动的圆柱体的质量为m，放置在未画出的
圆盘上，圆周轨道的半径为r，力电传感器测定的是向心力，光电传感
器测定的是圆柱体的线速度大小，表格中是所得数据，图乙为Fn－v图 像、Fn－v2图像、Fn－v3图像。
v/(m·s－1)
1
1.5
2
2.5
3
Fn/N
0.88
2
3.5
5.5
7.9
(1)数据表格和图乙中的三个图像是在用实验探究向心力Fn和圆柱体 线速度大小v的关系时，保持圆柱体质量不变、半径r＝0.1 m的条件下
实验六 探究向心力大小与半径、角速度、 质量的关系
实验知识 · 自主回顾
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 1．本实验探究向心力与多个物理量之间的关系，因而实验方法采 用了__控__制__变__量__法____。 (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。
实验中圆柱体的质量为_______0_._0_8_8_k_g_______。
[解析] (1)由题图乙中 B 图不难得出 Fn∝v2，进一步结合表格研究 知题图乙 B 中图线的斜率 k＝ΔΔFv2n≈0.88，故 Fn 与 v 的关系式为 Fn＝ 0.88v2。
(2)由控制变量法可知，研究 Fn 与 r 的关系时，应保持质量 m 和线速 度大小 v 不变。
(3)某实验小组为验证向心力公式，将铝球放在挡板B处，钢球放在 挡板C处，传动皮带均挂在左、右塔轮的上轮，摇动手柄，稳定后，右 侧标尺露出1格，则左侧标尺应该露出___6___格。已知钢球质量是铝球 质量的3倍。
2022届高考物理一轮复习 第20讲 实验六：探究向心力大小与半径、角速度和质量的关系 课件
第二十讲 实验六：探究向心力大小与半径、角速度和质量的关系1.实验仪器向心力演示器2.实验思路采用控制变量法(1)在小球的质量和角速度不变的条件下，改变小球做圆周运动的半径。
(2)在小球的质量和圆周运动的半径不变的条件下，改变小球的角速度。
(3)换用不同质量的小球，在角速度和半径不变的条件下，重复上述操作。
3.数据处理：分别作出F n －ω2、F n －r 、F n －m 的图像。
4.实验结论(1)在质量和半径一定的情况下，向心力的大小与角速度的平方成______。
(2)在质量和角速度一定的情况下，向心力的大小与半径成______。
(3)在半径和角速度一定的情况下，向心力的大小与质量成______。
正比正比正比考点一 定性探究影响向心力大小的因素【典例1】 (2020·山东邹城市一中月考)如图所示，同学们分小组探究影响向心力大小的因素。
同学们用细绳系一个小沙袋在空气中甩动，使小沙袋在水平面内做圆周运动，来感受向心力。
(1)下列说法中正确的是________。
A.保持质量、绳长不变，增大转速，绳对手的拉力将不变B.保持质量、绳长不变，增大转速，绳对手的拉力将增大C.保持质量、角速度不变，增大绳长，绳对手的拉力将不变D.保持质量、角速度不变，增大绳长，绳对手的拉力将增大(2)如图，绳上离小沙袋重心40 cm处打一个绳结A, 80 cm处打一个绳结B，学习小组中一位同学用手表计时，另一位同学操作，其余同学记录实验数据：操作一：手握绳结A，使小沙袋在水平方向每秒运动1周，体会向心力的大小。
操作二：手握绳结B，使小沙袋在水平方向每秒运动1周，体会向心力的大小。
操作三：手握绳结A，使小沙袋在水平方向每秒运动2周，体会向心力的大小。
操作四：手握绳结A，再向小沙袋中添加少量沙子，使小沙袋在水平方向每秒运动1周，体会向心力的大小。
操作二与一相比较：质量、角速度相同，向心力的大小与转动________有关；操作三与一相比较：质量、半径相同，向心力的大小与________有关；操作四与一相比较：角速度、半径相同，向心力大小与________有关。
高中物理高考 实验六 探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系 课件
2．实验时转速应从慢到快，且转速不宜过快，以免损坏测力弹簧。 3．注意防止皮带打滑，尽可能保证ω比值不变。 4．注意仪器的保养，延长仪器使用寿命，并提高实验可信度。
考点细研 悟法培优
考点1 实验原理与实验操作
例1 (2021·四川省泸州市古蔺县中学高三一模)用如图所示的向心力 演示器探究向心力大小与哪些因素有关。匀速转动手柄，可以使变速塔轮 以及长槽和短槽随之匀速转动，槽内的小球也随着做匀速圆周运动；使小 球做匀速圆周运动的向心力由横臂的挡板对小球的压力提供，球对挡板的 反作用力，通过横臂的杠杆作用使弹簧测力套筒下降，从而露出标尺。
向心力演示器(如图)，三个金属球(半径相同，其中两个为质量相同的 钢球，另一个为质量是钢球一半的铝球)。
如图所示，匀速转动手柄1，可以使变速塔轮2和3以及长槽4和短槽5随 之匀速转动，槽内的小球也随着做匀速圆周运动。使小球做匀速圆周运动 的向心力由横臂6的挡板对小球的压力提供。球对挡板的反作用力，通过横 臂的杠杆作用使弹簧测力套筒7下降，从而露出标尺8。根据标尺8上露出的 红白相间等分标记，可以粗略计算出两个球所受向心力的比值。
(1)在研究向心力的大小Fn与质量m的关系时，要保持__A___相同。
A．ω和r
B.ω和m
C.m和r
D.m和Fn
(2)图中所示两个钢球的质量和轨道半径相等，则是在研究向心力的大
小Fn与___C___的关系。
A．质量m
B.轨道半径r
C.角速度ω
(3)若图中标尺上红白相间的等分格显示出两个小球所受向心力的比值
(3)变速塔轮1、2通过皮带传动，线速度v大小相等，根据v＝ωr可知， 若皮带连接的变速塔轮1、2的半径之比为3∶1，则小球1、2转动的角速度 之比为1∶3，而由控制变量法可知，应保持小球1、2做圆周运动的半径之 比为1∶1，故D正确。
考点细研 悟法培优
考点1 实验原理与实验操作
例1 (2021·四川省泸州市古蔺县中学高三一模)用如图所示的向心力 演示器探究向心力大小与哪些因素有关。匀速转动手柄，可以使变速塔轮 以及长槽和短槽随之匀速转动，槽内的小球也随着做匀速圆周运动；使小 球做匀速圆周运动的向心力由横臂的挡板对小球的压力提供，球对挡板的 反作用力，通过横臂的杠杆作用使弹簧测力套筒下降，从而露出标尺。
向心力演示器(如图)，三个金属球(半径相同，其中两个为质量相同的 钢球，另一个为质量是钢球一半的铝球)。
如图所示，匀速转动手柄1，可以使变速塔轮2和3以及长槽4和短槽5随 之匀速转动，槽内的小球也随着做匀速圆周运动。使小球做匀速圆周运动 的向心力由横臂6的挡板对小球的压力提供。球对挡板的反作用力，通过横 臂的杠杆作用使弹簧测力套筒7下降，从而露出标尺8。根据标尺8上露出的 红白相间等分标记，可以粗略计算出两个球所受向心力的比值。
(1)在研究向心力的大小Fn与质量m的关系时，要保持__A___相同。
A．ω和r
B.ω和m
C.m和r
D.m和Fn
(2)图中所示两个钢球的质量和轨道半径相等，则是在研究向心力的大
小Fn与___C___的关系。
A．质量m
B.轨道半径r
C.角速度ω
(3)若图中标尺上红白相间的等分格显示出两个小球所受向心力的比值
(3)变速塔轮1、2通过皮带传动，线速度v大小相等，根据v＝ωr可知， 若皮带连接的变速塔轮1、2的半径之比为3∶1，则小球1、2转动的角速度 之比为1∶3，而由控制变量法可知，应保持小球1、2做圆周运动的半径之 比为1∶1，故D正确。
高中物理【实验：探究向心力大小的表达式】优质课件
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[创新归纳] 本题的创新点体现在实验目的创新，由探究向心力大小与半径、角速 度、质量的关系的实验，迁移为测周期和重力加速度的实验。
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1．向心力演示器如图所示。现将小球A和B分别放在两边的槽内，小 球A和B的质量分别为mA和mB，做圆周运动的半径分别为rA和rB。皮带 套在两塔轮半径相同的两个轮子上，实验现象显示标尺8上左边露出的 等分格子多于右边。下列说法正确的是( )
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解析：根据题意，皮带套在两塔轮半径相同的两个轮子上，因而 ωA＝ωB， 标尺 8 上左边露出的等分格子多于右边，因而 FA＞FB，根据向心力公式 F ＝mω2r 知选项 A 正确，D 错误；根据向心力公式 F＝mvr2知选项 B、C 错 误。
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一、实验目的 1．学会使用向心力演示器。 2．探究向心力与质量、角速度、半页 下页
三、实验原理与设计 1．实验原理 匀速转动手柄，可以使变速塔轮、长槽和短槽匀速转动，槽内的小球 也随着做匀速圆周运动。这时，小球向外挤压横臂的挡板，挡板对小 球的作用力提供了小球做匀速圆周运动的向心力。同时，小球对挡板 的反作用力通过横臂的杠杆作用使弹簧测力套筒下降，从而露出标 尺。根据标尺上露出的红白相间等分标记，可以粗略计算出两个球所 受向心力的比值。
序号 1 2 3 4 5 6 Fn m
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五、数据处理 1．分别作出Fnω2、Fnr、Fnm的图像。 2．实验结论 (1) 在 质 量 和 半 径 一 定 的 情 况 下 ， 向 心 力 的 大 小 与 角 速 度 的 平 方 成 正 比。 (2)在质量和角速度一定的情况下，向心力的大小与半径成正比。 (3)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。
2022年高三总复习物理课件 探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系
(2)线速度相等，则角速度与半径成反比，故可以知道左边 塔轮与右边塔轮之间的角速度之比为 1∶2。
[答案] (1)A (2)1∶2
[例 2] 图甲为“利用向心力演示器验证向心力公式”的 返回 实验示意图，图乙为其俯视图。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 速转动时，
由牛顿第二定律F＝ma可以知道，质量大的砝码需要的向心力 大，所以曲线①对应的砝码质量小于曲线②对应的砝码质量。
[答案]
d (1)rΔt
(2)小于
返回
[例4] (2021·福建省龙岩市质检)某同学 用圆锥摆验证向心力公式F＝mRω2。先在一 张白纸上以O为圆心画一组同心圆，再将白 纸铺在水平桌面上，在O点正上方距桌面高 为h处的O1处用铁架台(图中未画出)悬挂一质量为m的小球， 设法使小球沿着半径为R的圆周运动但恰不与纸面接触。
A．等效替代法
B．控制变量法
C．理想化模型法
(2)改变线速度v，多次测量，该同学测出了五组F、v数据， 返回 如下表所示：
v/(m·s－1) 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 F/N 0.88 2.00 3.50 5.50 7.90
该同学对数据分析后，在图乙坐标纸上描出了五个点。
①在图乙中作出F-v2图像； ②若圆柱体运动半径r＝0.2 m，由作出的F-v2的图像可得圆柱 体的质量m＝________ kg。(结果保留2位有效数字)
笔杆并用力转动，使小物体做圆周运动，可近似
地认为作用在小物体上的细线的拉力提供了小物
体做圆周运动所需的向心力，而细线的拉力可用
牵住细线的手的感觉来判断。
2．定量探究(应用向心力演示器进行探究)
[答案] (1)A (2)1∶2
[例 2] 图甲为“利用向心力演示器验证向心力公式”的 返回 实验示意图，图乙为其俯视图。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 速转动时，
由牛顿第二定律F＝ma可以知道，质量大的砝码需要的向心力 大，所以曲线①对应的砝码质量小于曲线②对应的砝码质量。
[答案]
d (1)rΔt
(2)小于
返回
[例4] (2021·福建省龙岩市质检)某同学 用圆锥摆验证向心力公式F＝mRω2。先在一 张白纸上以O为圆心画一组同心圆，再将白 纸铺在水平桌面上，在O点正上方距桌面高 为h处的O1处用铁架台(图中未画出)悬挂一质量为m的小球， 设法使小球沿着半径为R的圆周运动但恰不与纸面接触。
A．等效替代法
B．控制变量法
C．理想化模型法
(2)改变线速度v，多次测量，该同学测出了五组F、v数据， 返回 如下表所示：
v/(m·s－1) 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 F/N 0.88 2.00 3.50 5.50 7.90
该同学对数据分析后，在图乙坐标纸上描出了五个点。
①在图乙中作出F-v2图像； ②若圆柱体运动半径r＝0.2 m，由作出的F-v2的图像可得圆柱 体的质量m＝________ kg。(结果保留2位有效数字)
笔杆并用力转动，使小物体做圆周运动，可近似
地认为作用在小物体上的细线的拉力提供了小物
体做圆周运动所需的向心力，而细线的拉力可用
牵住细线的手的感觉来判断。
2．定量探究(应用向心力演示器进行探究)
第23讲：探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系(课件)——2024年高考物理一轮复习
当转动手柄1时,变速塔轮2和3就随之转动,放在长滑槽4和短滑槽5中的球
A和B都随之做圆周运动。球由于惯性而滚到横臂的两个短臂挡板6处,短
臂挡板就推压球,给球提供了做圆周运动所需的向心力。
由于杠杆作用,短臂向外时,长臂就压缩
塔轮转轴上的测力部分的弹簧,使测力
部分套管7上方露出标尺8的格数,便显示
出了两球所需向心力之比。
尺露出1个格，则皮带连接的左、右塔轮半径之比为______；其他条件不变，
变大
若增大手柄转动的速度，则左、右两标尺的示数将______，两标尺示数的
不变
比值______(均选填“变大”“变小”或“不变”).
08.
学以致用
解析
由题意可知左、右两球做圆周运动所需的向
心力之比为F左∶F右＝4∶1，则由F＝mrω2，
此时可研究向心力的大小与____的关系.
A.质量m
B.角速度ω
C.半径r
【参考答案：B】
把两个质量相等的钢球放在A、C位置时，则控制质量相等、半
径相等，研究的目的是向心力的大小与角速度的关系，故选B.
08.
学以致用
例题1
(2)在(1)的实验中，某同学匀速转动手柄时，左边标尺露出4个格，右边标
1∶2
始终指向轨迹的最低点，故小球向最低点运动过程
中速度增大，到达最低点时速度最大，故在最低点 FT
最大，所以应选拉力 FT 的最大值.
03.
学以致用
例题2
(4)改变小球通过光电门的速度，重复实验，测出多组速度v和对应拉力FT的
数据，作出FT－v2图像如图(b)所示.已知当地重力加速度g＝9.7 m/s2，则由图
速度的关系图是一条关于纵轴对称的抛物线（如右上图），但顶点F0
A和B都随之做圆周运动。球由于惯性而滚到横臂的两个短臂挡板6处,短
臂挡板就推压球,给球提供了做圆周运动所需的向心力。
由于杠杆作用,短臂向外时,长臂就压缩
塔轮转轴上的测力部分的弹簧,使测力
部分套管7上方露出标尺8的格数,便显示
出了两球所需向心力之比。
尺露出1个格，则皮带连接的左、右塔轮半径之比为______；其他条件不变，
变大
若增大手柄转动的速度，则左、右两标尺的示数将______，两标尺示数的
不变
比值______(均选填“变大”“变小”或“不变”).
08.
学以致用
解析
由题意可知左、右两球做圆周运动所需的向
心力之比为F左∶F右＝4∶1，则由F＝mrω2，
此时可研究向心力的大小与____的关系.
A.质量m
B.角速度ω
C.半径r
【参考答案：B】
把两个质量相等的钢球放在A、C位置时，则控制质量相等、半
径相等，研究的目的是向心力的大小与角速度的关系，故选B.
08.
学以致用
例题1
(2)在(1)的实验中，某同学匀速转动手柄时，左边标尺露出4个格，右边标
1∶2
始终指向轨迹的最低点，故小球向最低点运动过程
中速度增大，到达最低点时速度最大，故在最低点 FT
最大，所以应选拉力 FT 的最大值.
03.
学以致用
例题2
(4)改变小球通过光电门的速度，重复实验，测出多组速度v和对应拉力FT的
数据，作出FT－v2图像如图(b)所示.已知当地重力加速度g＝9.7 m/s2，则由图
速度的关系图是一条关于纵轴对称的抛物线（如右上图），但顶点F0
人教版高物理ppt《向心力》PPT(完整版)
第六章 圆周运动
2 向心力
学习目标 1.结合生活实例,知道向心力是根据力的作用效果命名的,能 在具体情景中分析向心力的来源,培养应用物理知识分析和解决 实际问题的能力. 2.通过实验,探究并了解向心力的大小与半径、角速度、线 速度、质量的关系,会根据向心力表达式分析、计算简单情景中 的向心力,提升实验探究能力和解决实际问题的能力. 3.结合生活实例,知道什么是变速圆周运动和一般曲线运动, 会分析变速圆周运动和一般曲线运动中合力与向心力的关系,培 养知识迁移能力.
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2.一般曲线运动:运动轨迹既不是 直线 也不是 圆周 的曲 线运动.
3.一般曲线运动的研究方法:将一般的曲线运动分割为许 多很短的小段 ,质点在每一小段的运动都可以看作 圆周 运动 的一部分.
( ×) 5.做匀速圆周运动的物体所受的合力提供向心力.( √ ) 6.物体做圆周运动的速度越大,向心力一定越大.( × )
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3.对于做匀速圆周运动的物体,物体的速度大小 不发生改变,因此,所受合力只改变 速度的方向 .
4.向心力是由 某个力或者几个力的合力 提供的, 是根据力的 作用效果 命名的.
知识点二 向心力的大小 1.如图所示,在绳子的一端拴一个小沙袋,另一端握在手 中.将手举过头顶,使沙袋在水平面内做圆周运动.此时,沙袋 所受的向心力近似等于绳对沙袋的拉力.换用质量大的沙袋, 向心力如何变化?增大沙袋转动的速度,向心力如何变化?增 加绳的长度,向心力如何变化?
2 向心力
学习目标 1.结合生活实例,知道向心力是根据力的作用效果命名的,能 在具体情景中分析向心力的来源,培养应用物理知识分析和解决 实际问题的能力. 2.通过实验,探究并了解向心力的大小与半径、角速度、线 速度、质量的关系,会根据向心力表达式分析、计算简单情景中 的向心力,提升实验探究能力和解决实际问题的能力. 3.结合生活实例,知道什么是变速圆周运动和一般曲线运动, 会分析变速圆周运动和一般曲线运动中合力与向心力的关系,培 养知识迁移能力.
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2.一般曲线运动:运动轨迹既不是 直线 也不是 圆周 的曲 线运动.
3.一般曲线运动的研究方法:将一般的曲线运动分割为许 多很短的小段 ,质点在每一小段的运动都可以看作 圆周 运动 的一部分.
( ×) 5.做匀速圆周运动的物体所受的合力提供向心力.( √ ) 6.物体做圆周运动的速度越大,向心力一定越大.( × )
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3.对于做匀速圆周运动的物体,物体的速度大小 不发生改变,因此,所受合力只改变 速度的方向 .
4.向心力是由 某个力或者几个力的合力 提供的, 是根据力的 作用效果 命名的.
知识点二 向心力的大小 1.如图所示,在绳子的一端拴一个小沙袋,另一端握在手 中.将手举过头顶,使沙袋在水平面内做圆周运动.此时,沙袋 所受的向心力近似等于绳对沙袋的拉力.换用质量大的沙袋, 向心力如何变化?增大沙袋转动的速度,向心力如何变化?增 加绳的长度,向心力如何变化?
新教科版第4章实验探究课6探究向心力大小与半径角速度质量的关系课件(25张)
会略微增大,导致系统误差越大,A正确;对小球受力分析,可知长、短臂的
竖直挡板对球的压力提供了小球做匀速圆周运动的向心力,B正确;由题知,
长槽上、中、下三层塔轮的半径分别为R、2R、3R,短槽上、中、下三层
2
塔轮的半径分别为R、 R、
3
3
,共可组合出7种不同的塔轮半径比进行实
验,C错误;因标尺格子数与向心力成正比,故露出套筒外的红、白相间的格
3.进一步体会了一种重要的研究方法:控制变量法。
4.向心力演示器提供了两个圆周运动,通过两运动的对比,来探究向心力跟
三个因素之间的关系。这里还隐含着一种重要的研究方法——对比实验
法。
易错辨析·判一判(1)用向心力演示器探究向心力大小与半径、角速度、质
量的关系时,应尽量匀速摇动手柄。( √ )
(2)用向心力演示器探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系时,皮带
力大小关系可由标尺露出的等分格的格数判断。
(1)本实验用到的方法主要是
;
A.理想实验
B.等效替代法
C.微小量放大法
D.控制变量法
(2)探究向心力F与半径r的关系时,应将质量相同的小球分别放在挡板C和
挡板B处,将传动皮带套在两塔轮半径
盘上;
(选填“相同”或“不同”)的轮
(3)如图所示,两质量相等的小球分别放在挡板A和C处。先将皮带连接在
在水平面内做匀速圆周运动,绳a在竖直方向、绳b在水平方向。两绳的A、
C端分别安装有拉力传感器1、2,重力加速度为g,忽略空气阻力,实验步骤
如下:
A.实验之前,测得小球的直径为d,b绳的长度为l;
B.使木架绕BC轴匀速转动,并带动小球在水平面内做匀速圆周运动,记录
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露出标尺,标尺上的黑白相间的等分格显示出两个钢球所受向心力
的比值。如图是探究过程中某次实验时装置的状态。
10
命题点一
命题点二
(1)在研究向心力的大小F与质量m关系时,要保持
相同。
A.ω和r
B.ω和m
C.m和r
D.m和F
(2)如果两个钢球质量和半径相等,则是在研究向心力的大小F与
的关系。
A.质量m
B.半径r
创新实验
典例2(2019·黑龙江哈尔滨第三中学第一次调研)为了探究“物体
做匀速圆周运动时,向心力与哪些因素有关”,某同学进行了如下实
验:
14
命题点一
命题点二
如图甲所示,绳子的一端拴一个小沙袋,绳上离小沙袋L处打一个
绳结A,2L处打另一个绳结B。请一位同学帮助用秒表计时。如图
乙所示,做了四次体验性操作。
比,跟角速度的二次方成正比。
8
五、探究总结
1.通过探究发现,向心力跟角速度的二次方成正比。
2.认识了向心力演示仪的巧妙之处,在于利用两个塔轮半径的不同
获得两个塔轮角速度之比,从而克服了直接测量角速度的困难。
3.进一步体会了一种重要的研究方法:控制变量法。
4.向心力演示仪提供了两个圆周运动,通过两运动的对比,来探究向
的向心力大小,将结果填入表二。
表二:m1=m2,ω1=ω2。
r1
r2
F1/格
F2/格
F1
F2
6
(4)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。
表三:r1=r2,ω1=ω2。
m1
F1
F1/格
F2/格
器材使用及原理理解
典例1用如图所示的装置来探究小球做圆周运动所需向心力的大
小F与质量m、角速度ω和半径r之间的关系。两个变速轮塔通过皮
带连接,转动手柄使长槽和短槽分别随变速Байду номын сангаас塔匀速转动,槽内的
钢球就做匀速圆周运动。横臂的挡板对钢球的压力提供向心力,钢
球对挡板的反作用力通过横臂的杠杆作用使弹簧测力筒下降,从而
心力跟三个因素之间的关系。这里还隐含着一种重要的研究方法—
—对比实验法。
六、注意事项
1.实验前应将横臂紧固,螺钉旋紧,以防球和其他部件飞出造成事故。
2.实验时,不宜使标尺露出格数太多,以免由于球沿滑槽外移引起过
大的误差。
3.摇动手柄时,应力求加速缓慢速度均匀。
9
4.皮带跟塔轮之间要拉紧。
命题点一
命题点二
m2
F2
7
分析与论证:
1
1
(1)分析表一中 和 两列的值,发现 F 跟 ω 的二次方成正比。
2
2
1
1
(2)分析表二中 和 两列的值,发现 F 跟 r 成正比。
2
2
1
1
(3)分析表一中 和 两列的值,发现 F 跟 m 成正比。
2
2
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
操作1:手握绳结A,使沙袋在水平面内做匀速圆周运动,每秒运动1
周。体验此时绳子拉力的大小。
操作2:手握绳结B,使沙袋在水平面内做匀速圆周运动,每秒运动1
周。体验此时绳子拉力的大小。
操作3:手握绳结A,使沙袋在水平平面内做匀速圆周运动,每秒运
动2周。体验此时绳子拉力的大小。
操作4:手握绳结A,增大沙袋的质量到原来的2倍,使沙袋在水平面
实验6 探究向心力大小与半径、
角速度、质量的关系
一、实验目的
探究向心力与物体的质量、转动的角速度、转动的半径之间的
定量关系。
二、实验设计
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;
径r,即保持角速度与半径相同。故选A。
(2)图中所示两球的质量相同,转动的半径相同,根据F=mω2r,则研究
的是向心力与角速度的关系。故选C。
12
命题点一
命题点二
本实验采用控制变量法,即要研究一个量与另外一个量的关系,需
要控制其他量不变。知道靠皮带传动,变速轮塔的线速度大小相等。
13
命题点一
命题点二
A.半径
B.质量
C.周期
D.线速度的方向
(5)实验中,人体验到的绳子的拉力是否是沙袋做圆周运动的向心
力
(选填“是”或“不是”)。
16
命题点一
命题点二
答案 (1)操作2 (2)操作3 (3)操作4 (4)ABC (5)不是
解析 (1)根据F=mω2r知,操作2与操作1相比,操作2的半径大,小球质
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。
4
表一:m1=m2,r1=r2。
实验次数
ω1
ω2
F1/格
F2/格
F1
F2
1
2
3
5
(3)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
C.角速度ω
11
命题点一
命题点二
答案 (1)A (2)C
解析 在研究向心力的大小F与质量m、角速度ω和半径r之间的关
系时,需先控制某些量不变,研究另外两个物理量的关系,该方法为
控制变量法。
(1)因F=mω2r,根据控制变量法的原理可知,在研究向心力的大小F
与质量m关系时,要保持其他的物理量不变,其中包括角速度ω与半
(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
三、实验器材
向心力演示仪,见下图。
当转动手柄1时,变速轮2和3就随之转动,放在长滑槽4和短滑槽5
中的球A和B都随之做圆周运动。球由于惯性而滚到横臂的两个短
臂挡板6处,短臂挡板就推压球,向球提供了做圆周运动所需的向心
内做匀速圆周运动,每秒运动1周。体验此时绳子拉力的大小。
15
命题点一
命题点二
(1)操作2与操作1中,体验到绳子拉力较大的是
;
(2)操作3与操作1中,体验到绳子拉力较大的是
;
(3)操作4与操作1中,体验到绳子拉力较大的是
;
(4)(多选)总结以上四次体验性操作,可知物体做匀速圆周运动时,
向心力大小与
有关。
力。由于杠杆作用,短臂向外时,长臂就压缩塔轮转轴上的测力部
分的弹簧,使测力部分套管7上方露出标尺8的格数,便显示出了两
3
球所需向心力之比。
四、实验与收集证据
(1)安装并调试向心力演示仪:在滑槽静止时,旋动两测力部分标
尺的调零螺母,使两套管的上沿都与标尺顶端对齐。
(2)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
的比值。如图是探究过程中某次实验时装置的状态。
10
命题点一
命题点二
(1)在研究向心力的大小F与质量m关系时,要保持
相同。
A.ω和r
B.ω和m
C.m和r
D.m和F
(2)如果两个钢球质量和半径相等,则是在研究向心力的大小F与
的关系。
A.质量m
B.半径r
创新实验
典例2(2019·黑龙江哈尔滨第三中学第一次调研)为了探究“物体
做匀速圆周运动时,向心力与哪些因素有关”,某同学进行了如下实
验:
14
命题点一
命题点二
如图甲所示,绳子的一端拴一个小沙袋,绳上离小沙袋L处打一个
绳结A,2L处打另一个绳结B。请一位同学帮助用秒表计时。如图
乙所示,做了四次体验性操作。
比,跟角速度的二次方成正比。
8
五、探究总结
1.通过探究发现,向心力跟角速度的二次方成正比。
2.认识了向心力演示仪的巧妙之处,在于利用两个塔轮半径的不同
获得两个塔轮角速度之比,从而克服了直接测量角速度的困难。
3.进一步体会了一种重要的研究方法:控制变量法。
4.向心力演示仪提供了两个圆周运动,通过两运动的对比,来探究向
的向心力大小,将结果填入表二。
表二:m1=m2,ω1=ω2。
r1
r2
F1/格
F2/格
F1
F2
6
(4)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。
表三:r1=r2,ω1=ω2。
m1
F1
F1/格
F2/格
器材使用及原理理解
典例1用如图所示的装置来探究小球做圆周运动所需向心力的大
小F与质量m、角速度ω和半径r之间的关系。两个变速轮塔通过皮
带连接,转动手柄使长槽和短槽分别随变速Байду номын сангаас塔匀速转动,槽内的
钢球就做匀速圆周运动。横臂的挡板对钢球的压力提供向心力,钢
球对挡板的反作用力通过横臂的杠杆作用使弹簧测力筒下降,从而
心力跟三个因素之间的关系。这里还隐含着一种重要的研究方法—
—对比实验法。
六、注意事项
1.实验前应将横臂紧固,螺钉旋紧,以防球和其他部件飞出造成事故。
2.实验时,不宜使标尺露出格数太多,以免由于球沿滑槽外移引起过
大的误差。
3.摇动手柄时,应力求加速缓慢速度均匀。
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4.皮带跟塔轮之间要拉紧。
命题点一
命题点二
m2
F2
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分析与论证:
1
1
(1)分析表一中 和 两列的值,发现 F 跟 ω 的二次方成正比。
2
2
1
1
(2)分析表二中 和 两列的值,发现 F 跟 r 成正比。
2
2
1
1
(3)分析表一中 和 两列的值,发现 F 跟 m 成正比。
2
2
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
操作1:手握绳结A,使沙袋在水平面内做匀速圆周运动,每秒运动1
周。体验此时绳子拉力的大小。
操作2:手握绳结B,使沙袋在水平面内做匀速圆周运动,每秒运动1
周。体验此时绳子拉力的大小。
操作3:手握绳结A,使沙袋在水平平面内做匀速圆周运动,每秒运
动2周。体验此时绳子拉力的大小。
操作4:手握绳结A,增大沙袋的质量到原来的2倍,使沙袋在水平面
实验6 探究向心力大小与半径、
角速度、质量的关系
一、实验目的
探究向心力与物体的质量、转动的角速度、转动的半径之间的
定量关系。
二、实验设计
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;
径r,即保持角速度与半径相同。故选A。
(2)图中所示两球的质量相同,转动的半径相同,根据F=mω2r,则研究
的是向心力与角速度的关系。故选C。
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命题点一
命题点二
本实验采用控制变量法,即要研究一个量与另外一个量的关系,需
要控制其他量不变。知道靠皮带传动,变速轮塔的线速度大小相等。
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命题点一
命题点二
A.半径
B.质量
C.周期
D.线速度的方向
(5)实验中,人体验到的绳子的拉力是否是沙袋做圆周运动的向心
力
(选填“是”或“不是”)。
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命题点一
命题点二
答案 (1)操作2 (2)操作3 (3)操作4 (4)ABC (5)不是
解析 (1)根据F=mω2r知,操作2与操作1相比,操作2的半径大,小球质
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。
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表一:m1=m2,r1=r2。
实验次数
ω1
ω2
F1/格
F2/格
F1
F2
1
2
3
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(3)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
C.角速度ω
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命题点一
命题点二
答案 (1)A (2)C
解析 在研究向心力的大小F与质量m、角速度ω和半径r之间的关
系时,需先控制某些量不变,研究另外两个物理量的关系,该方法为
控制变量法。
(1)因F=mω2r,根据控制变量法的原理可知,在研究向心力的大小F
与质量m关系时,要保持其他的物理量不变,其中包括角速度ω与半
(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。
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三、实验器材
向心力演示仪,见下图。
当转动手柄1时,变速轮2和3就随之转动,放在长滑槽4和短滑槽5
中的球A和B都随之做圆周运动。球由于惯性而滚到横臂的两个短
臂挡板6处,短臂挡板就推压球,向球提供了做圆周运动所需的向心
内做匀速圆周运动,每秒运动1周。体验此时绳子拉力的大小。
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命题点一
命题点二
(1)操作2与操作1中,体验到绳子拉力较大的是
;
(2)操作3与操作1中,体验到绳子拉力较大的是
;
(3)操作4与操作1中,体验到绳子拉力较大的是
;
(4)(多选)总结以上四次体验性操作,可知物体做匀速圆周运动时,
向心力大小与
有关。
力。由于杠杆作用,短臂向外时,长臂就压缩塔轮转轴上的测力部
分的弹簧,使测力部分套管7上方露出标尺8的格数,便显示出了两
3
球所需向心力之比。
四、实验与收集证据
(1)安装并调试向心力演示仪:在滑槽静止时,旋动两测力部分标
尺的调零螺母,使两套管的上沿都与标尺顶端对齐。
(2)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