第6讲 实验：探究影响向心力大小的因素
实验课6 探究影响向心力大小的因素
分别放在短槽C处和长槽的A(或B)处,A、C到塔轮中心的距离相等。
两个小球随塔轮做匀速圆周运动,向心力大小可由塔轮中心标尺露
出的等分格的格数读出。
考向1
考向2
考向3
-12-
(1)在该实验中应用了
来探究向心力的大小与质量m、
角速度ω和半径r之间的关系。
A.理想实验法
B.控制变量法
C.等效替代法
(2)用两个质量相等的小球放在A、C位置,匀速转动时,左边标尺
考点三
-4-
五、实验现象分析 1.步骤(3)中感觉到的轻绳拉力比步骤(2)中感觉到的轻绳的拉力 大。 2.步骤(4)中感觉到的轻绳拉力比步骤(3)中的大。 六、实验结论 当角速度相同时,向心力与转动的半径有关,转动半径越大,所需 的向心力越大。 当线速度相同时,向心力与转动的半径有关,转动半径越小,所需 的向心力越大。
(3)=
-11-
考向1
考向2
考向3
实验探究拓展
例3(2018·福建厦门二模)探究向心力的大小F与质量m、角速度
ω和半径r之槽和短槽随之匀速转动。塔轮自上而下有三层,每层左右半径比
分别是1∶1、2∶1和3∶1。左右塔轮通过皮带连接,并可通过改变
皮带所处的层来改变左右塔轮的角速度之比。实验时,将两个小球
实验课6 探究影响向心力大小的因素
考点三
-2-
一、实验目的 1.探究小物体的线速度相同时,向心力与半径的关系。 2.探究小物体的角速度相同时,向心力与半径的关系。 二、实验原理 手感觉到的拉力大小近似等于物体所受向心力的大小。 三、实验器材 轻绳、小物体、停表。
考点三
-3-
四、实验操作 (1)轻绳一端拴一个小物体,轻绳上距离小物体重心40 cm的地方 打一个绳结A,距离小物体重心80 cm的地方打一个绳结B,如图甲所 示。
探究影响向心力大小的因素实验说课
实验过程设计
实验二：向心力大小的定量的研究 3、控制m、v一定，探究Fn与转动半径 r 的关系
结论：向心力大小与半径成反比
实验过程设计
结论：对匀速圆周运动，有：
Fn=mv2/r Fn=mw2/r
教学反思与自我评价
1.教材： 改变了向心力公式一直只能定性的感知，不能定量探究的现状。
一、传统实验定性分析
二、向心力大小的定量研究
实验方法设计
匀速圆周运动
控制变量法
定性到定量的分析研究
实验过程设计
实验一：传统实验定性分析 初步感受：向心力大小与质量m,线速度v,半径r有关. 结论：
线速度v，半径r一定：质量m大，向心力Fn也大. 质量m，线速度v一定：半径r大，向心力Fn小. 质量m，半径r一定：线速度r越大，向心力Fn也越大. 问题： 难以保证小球做匀速圆周运动：力的读数不稳定，难以量化。
2.物理方法: 本节教材让控制变量法的学习得到很好的诠释
3.认识规律： 按照学生的认识规律设计系列递进实验，展示思维能力发展过程。
4.创新： 在传统实验上改进、突破、拓展，把传感器用在刀刃上。
探究影响向心力大小的因素
●实验教学目标 ●实验内容设计 ●实验方法设计 ●实验过程设计 ●教学反思与自我评价
实验教学目标
知识目标： 通过实验分析的出向心力公式
核心素养： 1.体会控制变量法在实验过程中运用 2.领会从定性到定量的认识方法 3.提高学生实验探究的能力 4.培养学生团队协作的精神
实验内容设计
实验过程设计
传统实验的量化改进
改进效果： 1.使物体做匀速圆周运动 2.示数稳定，便于观察
存在问题：读数不准
试验课6探究影响向心力大小的因素
皮带所处的层来改变左右塔轮的角速度之比。实验时 ,将两个小球
分别放在短槽 C处和长槽的 A(或B)处,A、C到塔轮中心的距离相等。
两个小球随塔轮做匀速圆周运动 ,向心力大小可由塔轮中心标尺露
出的等分格的格数读出。
考向1
考向2
考向3
-12-
(1)在该实验中应用了
来探究向心力的大小与质量 m、
角速度 ω和半径 r之间的关系。
-5-
考向1
考向2
考向3
实验原理与操作 例1小明和小亮两个同学合作做体验性实验来粗略地验证向心 力公式Fn=mω2r。他们的做法如下 :在绳子的一端拴一个小沙袋 ,绳 子上离小沙袋重心不同距离的地方各打一个绳结 A、B,如图甲所 示。小明同学看手表 ,小亮同学按下列步骤操作 :
-6-
考向1
考向2
考点三
-4-
五、实验现象分析 1.步骤(3)中感觉到的轻绳拉力比步骤 (2)中感觉到的轻绳的拉力 大。 2.步骤(4)中感觉到的轻绳拉力比步骤 (3)中的大。 六、实验结论 当角速度相同时 ,向心力与转动的半径有关 ,转动半径越大 ,所需 的向心力越大。 当线速度相同时 ,向心力与转动的半径有关 ,转动半径越小 ,所需 的向心力越大。
sin θ=
;依据受力分析 ,钢球做匀速圆周运动时所受的合外
力F1=
N。
(2)用停表测得圆锥摆运动 30圈的总时间为 t=62.5 s,则该圆周运
动周期 T=
s,再利用向心力的表达式 Fn=mrω2可以得到钢
球运动的向心力 F2=
N。
(3)在误差允许的范围内 ,可认为F1
(选填“=”“或>“”<”2),F证
(3)=
-11-
(山东专用)2021高考物理一轮复习实验6探究影响向心力大小的因素课件
02 核心考点·探究突破
考点一 教材原型实验
题型1 影响向心力大小的因素的定性分析 [例1] 如图所示，同学们分小组探究影响 向心力大小的因素．同学们用细绳系一纸杯(杯 中有30 mL的水)在空中甩动，使杯在列说法中正确的是________. 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
考点二 实验拓展与创新
[例3] 如图甲所示是某同学探究做圆周运动的物体质量、向心力、轨道 半径及线速度关系的实验装置，做匀速圆周运动的圆柱体放置在水平光滑圆 盘上，力传感器测量向心力F，速度传感器测量圆柱体的线速度v，该同学通 过保持圆柱体质量和运动半径不变，来探究向心力F与线速度v的关系：
(2)在该实验中应用了________(选填“理想实验法”“控制变量法”或“等效 替代法”)来探究向心力的大小与质量m、角速度ω和半径r之间的关系．
(3)当用两个质量相等的小球做实验，且左边小球的轨道半径为右边小球的2倍 时，转动时发现右边标尺上露出的红白相间的等分格数为左边的2倍，那么，左边 轮塔与右边轮塔之间的角速度之比为________.
第四章 曲线运动 万有引力与航天
实验6 探究影响向心力大小的因素
01 主干回顾·强化根基
◎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．使用向心力演示仪时应注意： (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．
(2)如图甲，绳离杯心40 cm处打一结点A,80 cm处打一结点B，学习小组中一位 同学手表记时，另一位同学操作，其余同学记录实验数据：
实验六 探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系-2025届高中物理
第四章曲线运动实验六探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系“探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系”实验是课标新增实验，该实验主要考查学生理解知识的能力，能切实地将科学探究的素养落到实处.往年高考对该实验的考查力度不是很大，却在2023年浙江1月卷中进行了考查，可见，高考命题开始加大对该新增实验的考查力度，预计2025年高考该实验出现的概率相对较大.1.实验目的探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系.2.实验原理如图所示，当转动手柄1时，变速塔轮2和3就随之转动，放在长槽4和短槽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6挡板处，短臂挡板就推压球，向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，使弹簧测力套筒7上方露出标尺8上的格数，便显示出了两球所需向心力之比.向心力演示器3.实验器材向心力演示器、质量不等的小球.4.实验步骤（1）分别将两个质量相等的小球放在实验仪器的两个小槽中，且小球到转轴（即圆心）距离相同即圆周运动半径相同.将皮带放置在适当位置使两转盘转动，记录不同角速度下的向心力大小（格数）.（2）分别将两个质量相等的小球放在实验仪器的长槽和短槽两个小槽中，将皮带放置在适当位置使两转盘转动角速度相等、小球到转轴（即圆心）距离不同即圆周运动半径不等，记录不同半径的向心力大小（格数）.（3）分别将两个质量不相等的小球放在实验仪器的两个小槽中，且小球到转轴（即圆心）距离相同即圆周运动半径相等，将皮带放置在适当位置使两转盘转动角速度相等，记录不同质量下的向心力大小（格数）.5.数据处理分别作出F n－ω2、F n－r、F n－m的图像，分析向心力大小与角速度、半径、质量之间的关系，并得出结论.6.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，以免由于球沿槽外移引起过大的误差.（3）摇动手柄时，应使小球缓慢加速，速度增加均匀.（4）皮带跟塔轮之间要拉紧.命题点1教材基础实验1.[实验原理与操作/2023浙江1月]“探究向心力大小的表达式”实验装置如图所示.（1）采用的实验方法是A.A.控制变量法B.等效法C.模拟法（2）在小球质量和转动半径相同的情况下，逐渐加速转动手柄到一定速度后保持匀速转动.此时左右标尺露出的红白相间等分标记的比值等于两小球的角速度平方之比（选填“线速度大小”“角速度平方”或“周期平方”）；在加速转动手柄过程中，左右标尺露出红白相间等分标记的比值不变（选填“不变”“变大”或“变小”）.解析（1）探究向心力大小的表达式时采用的实验方法是控制变量法，A正确，BC错误.（2）由向心力公式F＝m2、F＝mω2R、F＝m4π22R可知，左右标尺露出的红白相间等分标记的比值等于两小球的线速度平方之比、角速度平方之比或周期平方的反比；在加速转动手柄的过程，由于左右两塔轮的角速度之比不变，因此左右标尺露出红白相间等分标记的比值不变.2.[数据处理]一物理兴趣小组利用学校实验室的数字实验系统“探究物体做圆周运动时向心力与角速度、半径的关系”.在保证重物的质量m和做圆周运动的角速度ω不变的情况下，改变重物做圆周运动的半径r，得到几组向心力F与半径r的数据，记录到表1中.表1向心力F与半径r的测量数据次数12345半径r/mm5060708090向心力F/N 5.46 6.557.648.749.83在保证重物的质量m和做圆周运动的半径r不变的情况下，改变重物做圆周运动的角速度ω，得到几组向心力F和角速度ω的数据，记录到表2中.表2向心力F与角速度ω的测量数据次数12345角速度ω/（rad·s－1） 6.589.311.014.421.8向心力F/N0.09830.22660.28210.4583 1.0807（1）根据上面的测量结果，分别在图甲和图乙中作出F－r图线和F－ω图线.（2）若作出的F－ω图线不是直线，可以尝试作F－ω2图线，试在图丙中作出F－ω2图线.（3）通过以上实验探究可知，向心力与转动半径成正比，与角速度的平方成正比.答案（1）（2）解析在坐标系中描点作图可得F －r 的图线为过原点的直线，则F 与r 成正比，F －ω图线不是直线，但F －ω2图线为过原点的直线，则F 与ω2成正比.命题点2创新设计实验3.[实验原理创新]某同学做验证向心力与线速度关系的实验.装置如图所示，一轻质细线上端固定在力传感器上，下端悬挂一小钢球.钢球静止时刚好位于光电门中央.主要实验步骤如下：①用游标卡尺测出钢球直径d ；②将钢球悬挂静止不动，此时力传感器示数为F 1，用米尺量出线长L ；③将钢球拉到适当的高度处由静止释放，光电门计时器测出钢球的遮光时间为t ，力传感器示数的最大值为F 2.已知当地的重力加速度大小为g ，请用上述测得的物理量表示：（1）钢球经过光电门时的线速度表达式v ＝，向心力表达式F 向＝m 2＝12B 2（＋2）；（2）钢球经过光电门时所受合力的表达式F 合＝F 2－F 1；（3）若在实验误差允许的范围内F 向＝F 合，则验证了向心力与线速度的关系.该实验可能的误差有摆线的长度测量有误差.（写出一条即可）解析（1）钢球的直径为d ，遮光时间为t ，所以钢球通过光电门的线速度v ＝，根据题意知，钢球做圆周运动的半径为R ＝L ＋2，钢球的质量m ＝1，则向心力表达式F 向＝m 2＝12B 2（＋2）.（2）钢球经过光电门时只受重力和细线的拉力，由分析可知，钢球通过光电门时，细线的拉力最大，大小为F 2，故所受合力为F 合＝F 2－F 1.（3）根据向心力表达式知，可能在测量摆线长度时存在误差.4.[实验目的创新]如图甲所示，某同学为了比较不同物体与转盘间动摩擦因数的大小设计了该装置.已知固定于转轴上的角速度传感器和力传感器与电脑连接，通过一不可伸长的细绳连接物块，细绳刚好拉直，物块随转盘缓慢加速.在电脑上记录如图乙所示图像.换用形状和大小相同但材料不同的物块重复实验，得到物块a 、b 、c 分别对应的三条直线，发现a 与c 的纵截距相同，b 与c 的横截距相同，且符合一定的数量关系.回答下列问题：（1）物块没有看作质点对实验是否有影响？否（选填“是”或“否”）.（2）物块a 、b 、c 的密度之比为2：2：1.（3）物块a 、b 、c 与转盘之间的动摩擦因数之比为1：2：2.解析（1）物块的形状和大小相同，做圆周运动的半径相同，所以物块没有看作质点对实验没有影响.（2）当物块随转盘缓慢加速过程中，物块所需的向心力先由静摩擦力提供，当达到最大静摩擦力后由绳子的拉力和最大静摩擦力的合力提供，即F 向＝F ＋μmg ＝mrω2，所以有F ＝mrω2－μmg ，题图乙中图线的斜率为mr ，在纵轴的截距为－μmg ，根据题图乙知a 的斜率k a ＝m a r ＝1kg·m ，b 的斜率k b ＝m b r ＝1kg·m ，c 的斜率k c ＝m c r ＝12kg·m ，所以a 、b 、c 的质量之比为2：2：1，因为体积相同，所以物块a 、b 、c 的密度之比为2：2：1.（3）由题图乙知a 的纵轴截距－μa m a g ＝－1N ，b 的纵轴截距－μb m b g ＝－2N ，c 的纵轴截距－μc m c g ＝－1N ，结合质量之比得到物块a 、b 、c 与转盘之间的动摩擦因数之比为1：2：2.方法点拨创新实验目的由探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系的实验，迁移为测向心加速度和重力加速度的实验由探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系的实验，迁移为测角速度大小的实验创新实验器材由力传感器和光电门替代向心力演示器，探究影响向心力大小的因素，使实验数据获取更便捷，数据处理和分析更准确创新数据处理方法采用控制变量法，利用力传感器和速度传感器记录数据，根据F －v 2图线分析数据1.某同学利用如图所示的向心力演示器定量探究匀速圆周运动所需向心力大小F 跟小球质量m 、转速n 和运动半径r 之间的关系.（1）为了单独探究向心力大小跟小球质量的关系，必须用控制变量法.（2）转动手柄可以使长槽和短槽分别随变速塔轮匀速转动，槽内的球随之做匀速圆周运动.这时我们可以看到弹簧测力套筒上露出标尺，通过标尺上露出的红白相间等分格数，即可求得两个球所需的向心力大小之比.（3）该同学通过实验得到如下表的数据：次数球的质量m/g转动半径r/cm转速n/（r·s －1）向心力大小F/红格数114.015.0012228.015.0014314.015.0028414.030.0014根据以上数据，可归纳概括出向心力大小F 跟小球质量m 、转速n 和运动半径r 之间的关系是向心力大小F 跟小球质量m 成正比，跟转速n 的平方成正比，跟运动半径r 成正比（或向心力大小F 跟小球质量m 、转速n 的平方、运动半径r 的乘积成正比）（文字表述）.（4）实验中遇到的问题有难以保证小球做匀速圆周运动，转速难按比例调节或露出格子数（或力的读数）不稳定，难定量化（写出一点即可）.2.[实验装置创新/2024重庆八中校考]某物理兴趣小组利用传感器探究向心力大小与半径、角速度的关系，实验装置如图甲所示.装置中水平直槽能随竖直转轴一起转动，将滑块套在水平直槽上，用细线将滑块与固定的力传感器连接.当滑块随水平直槽一起匀速转动时，细线的拉力大小可以通过力传感器测得，滑块转动的角速度可以通过角速度传感器测得.（1）使相同滑块分别以半径r为0.14m、0.12m、0.10m、0.08m、0.06m做匀速圆周运动，在同一坐标系中分别得到图乙中①、②、③、④、⑤五条F－ω图线，则图线①对应的半径为0.14m，各图线不过坐标原点的原因是受到摩擦力作用.（2）对5条F－ω图线进行比较分析，欲探究ω一定时，F与r的关系.请你简要说明方法：在F－ω图像中找到同一个ω对应的向心力，根据5组向心力F与半径r的数据，在F－r坐标系中描点作图，即可根据F－r图像探究F与r的关系.解析（1）由受力分析可知，摩擦力及细线的弹力的合力提供滑块做匀速圆周运动的向心力，即F＋f＝mω2r，根据二次函数的知识可以判断mr越大，抛物线开口越小，所以图线①对应的半径为0.14m.由以上分析可知，各图线不过原点的原因为滑块受到摩擦力作用.（2）探究F与r的关系时，要先控制m和ω不变，因此可在F－ω图像中找到同一个ω对应的向心力，根据5组向心力F与半径r的数据，在F－r坐标系中描点作图，即可根据F－r 图像探究F与r的关系.3.[数据处理创新/2024山西运城模拟]某同学用如图所示装置探究物体做圆周运动时向心力与角速度的关系，力传感器固定在竖直杆上的A点，质量为m的磁性小球用细线a、b连接，细线a的另一端连接在竖直杆上的O点，细线b的另一端连接在力传感器上，拉动小球，当a、b两细线都伸直时，细线b水平，测得OA间的距离为L1，小球到A点距离为L2，磁传感器可以记录接收到n次强磁场信号所用的时间，重力加速度为g.（1）实验时，保持杆竖直，使小球在细线b伸直且水平的条件下绕杆做匀速圆周运动，将接收到的第一个强磁场信号记为1，并开始计时，测得磁传感器接收到n次强磁场信号所用时间为t，则小球做圆周运动的角速度ω＝2π（－1），测得力传感器的示数为F，则小球做圆周运动的向心力F n＝B21＋F（此空用含F的式子表示）.（2）多次改变小球做圆周运动的角速度（每次细线b均伸直且水平），测得多组力传感器示数F及磁传感器接收到n次强磁场信号所用的时间t，作出F－12图像.如果图像是一条倾斜直线，图像与纵轴的截距为－B21，图像的斜率为4π2（n－1）2mL2，则表明，小球做匀速圆周运动时，在质量、半径一定的条件下，向心力大小与角速度的平方（填“角速度”或“角速度的平方”）成正比.解析（1）将接收到的第一个强磁场信号记为1，并开始计时，测得磁传感器接收到n次强磁场信号所用时间为t，则小球做圆周运动的周期为T＝－1，小球做圆周运动的角速度为ω＝2π＝2π（－1）.设细线a与竖直方向夹角为θ，则竖直方向上有F1cosθ＝mg，水平方向上有F n＝F1sinθ＋F，又tanθ＝21，联立解得F n＝B21＋F.（2）由于F n＝mω2L2＝m4π2（－1）22L2，与上式联立解得F＝4π2（n－1）2mL2·12－B21，所以F－12图像是一条倾斜直线，图像与纵轴的截距为b＝－B21，图像的斜率为k＝4π2（n－1）2mL2，可知小球做匀速圆周运动时，在质量、半径一定的条件下，向心力大小与角速度的平方成正比.。
《探究影响向心力大小的因素》说课稿(全国实验说课大赛获奖案例)
《探究影响向心力大小的因素》说课稿一、使用教材鲁科版高中物理必修二第三章第2节二、实验教学目标1、实验探究向心力的表达式2、体会控制变量法在实验过程中的使用，领会从定性到定量的认识方法3、从探究实验中培养学生的物理观念、科学思维和协作精神三、实验器材绳子，小球，传统向心力演示仪，DIS向心力演示器四、实验原理和方法传统向心力演示仪实验原理：两个质量相同的小球、一个质量较小的轻质小球，可以控制m是否一样。
由于塔台转轴各个皮带盘半径不一样，通过改变皮带的位置，我们能够调整角速度ω相同或者不同。
通过放置小钢球的位置，我们可以改变圆周运动的半径r。
通过观察量腿的格数，我们能判断力的大小。
1．控制变量法(1)控制小球质量､半径不变，探究向心力与角速度的关系｡(2)控制小球质量､角速度不变，探究向心力与半径的关系｡(3)控制小球角速度､半径不变，探究向心力与质量的关系｡2．图像法把数据输入计算机，分别作出F-ω2､F-r､F-m图像，得出结论｡3．验证法将实验数据代入向心力表达式F=mrω2计算出结果，理论值与测量值比较，验证实验结论，得出结果｡五、实验设计思路或创新点：本节课围绕三个实验进行展开，从兴趣实验的猜想----传统向心力演示仪的定性判断----传感器实验的定量研究。
符合学生的认知规律，从未知到已知，从定性分析到定量研究，设计系列递进实验，展示思维能力发展过程。
【兴趣实验的创新点】这个实验装置比较简单，让学生通过甩动摆球，感受绳对手的拉力去体验向心力的大小｡该实验现象明显，能很快让学生得到定性地结论，在具体教学中，很好地激发了学生的学习兴趣｡教学的第一要素，是激发学生的兴趣，于是我设计了兴趣实验“感受向心力”｡教师引导学生体会与猜想，小球做圆周运动的向心力大小与什么因素有关？【传统向心力实验创新点】探究性实验可以激发学生的学习兴趣，学生对某一问题进行实验探索，独立地分析问题和解决问题，最终对研究的问题有一结果，使学生在实验过程中，发现新问题，学习新知识。
2025年《高中物理》实验六探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系
实验六探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系素养目标1.会用控制变量法探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系.2.会用作图法处理数据，掌握化曲为直的思想.返回导航返回导航一、实验思路与操作装置图实验说明1.手柄2.变速塔轮3.变速塔轮4.长槽5.短槽6.小球7.小球8.横臂9.弹簧测力套筒10.标尺11.传动皮带(1)原理：利用控制变量法探究向心力与半径、角速度、质量的定量关系.(2)探究：①保持两小球质量仞和角速度⑦相同，使运动半径尸不同，比较向心力儿与运动半径尸之间的关系.②保持两小球质量m和运动半径尸相同，使角速度①不同，比较向心力尸n与角速度⑦之间的关系.③保持运动半径,和角速度⑦相同，用质量秫不同、大小相同的钢球和铝球，比较向心力心与质量m的关系.返回导航二、数据处理与分析1.分别作出稣一口2、Fn—r、F n—也的图像.2,实验结论：(1)在g寡和车径一定的情况下，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.返回导航注意事项(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，应力求转速缓慢均匀增加.(4)皮带跟塔轮之间要拉紧.返回导航返回导航考点一教材原型实验例1[2024.湖南邵阳市第二中学模拟]用如图所示的实验装置来探究小球做圆周运动所需向心力的大小H 与质量m、角速度69和半径尸之间的关系，转动手柄使长槽和短槽分别随塔轮匀速转动，槽内的球就做匀速圆周运动.横臂的挡板对球的压力提供了向心力，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，标尺上的红白相间的等分格显示出两个小球所受向心力的比值.实验用球分为钢球和铝球，请回答相关问题:返回导航(1)在某次实验中，某同学把两个质量相等的钢球放在A、C位置，A、C到塔轮中心距离相等，将皮带处于左、右塔轮的半径不等的层上.转动手柄，观察左右标尺的刻度，此时可研究向心力的大小与B的关系.A.质量mB.角速度口C.半径,(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，右边标尺露出1个格，则皮带连接的左、右塔轮半径之比为1：2;其他条件不变，若增大手柄转动的速度，则左、右两标尺的示数将变大，两标尺示数的比值一不变(均选填“变大”“变小”或“不变").解析■答案返回导航例2用如图所示的向心力演示器探究向心力大小的表达式.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.返回导航(1)为了探究向心力大小与物体质量的关系，可以采用控制变量法(诜填“等效替代法”“控制变量法”或“理想模型法").(2)根据标尺上露出的等分标记，可以粗略计算出两个球做圆周运动所需的向心力大小之比；为研究向心力大小跟转速的关系，应比较表中白&第1组和第3组*攵据・组数小球的质量m/g转动半径r/cm转速n/(r«s-1)114.015.001228.015.001314.015.002414.030.001解析■答案胃返回导航(3)本实验中产生误差的原因有质量的测量引起的误差；弹簧测力套筒的读数引起的误差等.・(写出一条即可)答案返回导航例3[2024-广东广州重点高中名校联考]小吴同学用如图甲所示的实验装置来探究小球做圆周运动所需向心力的大小卢与质量〃7、角速度3和半径尸之间的关系，塔轮自上而下有三层，每层左右半径之比由上至下分别是1：1,2：1和3：1（如图乙所示）.乙返回导航左右塔轮通过不打滑的传动皮带连接，并可通过改变传动皮带所处的层来改变左右塔轮的角速度之比，实验时，将两个小球分别放在短槽的C处和长槽的A（或B）处，A、C分别到左右塔轮中心的距离相等，8到左塔轮中心的距离是A到左塔轮中心距离的2倍，转动手柄使长槽和短槽分别随变速塔轮一起匀速转动，槽内的球就做匀速圆周运动.横臂的挡板对球的压力提供了向心力，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，标尺上的红白相间的等分格显示出两个小球所受向心力的比值.返回导航请回答相关问题：(1)在某次实验中，小吴同学把两个质量相等的钢球放在3、C位置，将传动皮带调至第一层塔轮，转动手柄，观察左右标出的刻度，此时可研研向心力的大小与C的关系;A.质量〃？B.角速度3C.半径,(2)若传动皮带套在塔轮第三层，则塔轮转动时，A.C两处的角速度之比为1：3;(3)在另一次实验中，小吴同学把两个质量相等的钢球放在刀、C位置.传动皮带位于第二层，转动手柄，则当塔轮匀速转动时，左右两标尺的露出的格子数之比为1：4・解析■答案返回导航考点二探索创新实验例4某实验小组同学用如图所示的装置探究影响向心力大小的因素,四根空心玻璃管沿半径方向镶嵌在水平转盘上，O为转盘圆心，管内四个略小于玻璃管直径的小球刀、B、C、。
高考物理创新实验特训提升—专题06探究影响向心力大小的因素
高考物理创新实验特训提升专题06 探究影响向心力大小的因素1．某兴趣小组的同学们用电动机、传感器、计数器等设计了一个用圆锥摆验证向心力表达式的实验，如图所示。
在支架上固定一个电动机，电动机转轴上固定一拉力传感器，传感器正下方用细线连接一个小球，在装置侧面安装一高度可以调节的电子计数器。
本实验中除图中给出的实验器材外没有其他的器材，已知当地重力加速度大小为g。
①用刻度尺量出细绳的长度L；②闭合电源开关，稳定后，小球在水平面做匀速圆周运动，记录此时拉力传感器的示数为F；③稳定后，调节计数器前端的位置与球心在同一髙度处，当小球第一次离计数器最近的P点时计数器开始计数，并记录为1次，记录小球n次到达P点的时间t；用刻度尺测量出此时电子计数器前端与细绳顶端的竖直距离h；④切断电源，整理器材。
请回答下列问题：（1）本实验中还需要测量的物理量是________（写出名称及符号）；如何测出该物理量_______________；（写明测量方法）（2）小球运动的周期为________；（用题中所给物理量符号表示）（3）根据测量数据，需验证的向心力表达式为___________。
（用题中所给物理量符号表示）2．如图所示为改装的探究圆周运动的向心加速度的实验装置．有机玻璃支架上固定一个直流电动机，电动机转轴上固定一个半径为r的塑料圆盘，圆盘中心正下方用细线连接一个重锤，圆盘边缘连接细绳，细绳另一端连接一个小球。
实验操作如下：①利用天平测量小球的质量m；②闭合电源开关，让小球做如图所示的匀速圆周运动，调节激光笔2的高度和激光笔1的位置，让激光恰好照射到小球的中心，用刻度尺测量小球做圆周运动的半径R和球心到塑料圆盘的高度h；③当小球第一次到达A点时开始计时，并记录为1次，记录小球n次到达A点的时间t；④切断电源，整理器材。
请回答下列问题：（1）下列说法正确的是________。
A．小球运动的周期为tnB．小球运动的线速度大小为2π1RtC．小球运动的向心力大小为mgRhD．若电动机的转速增加，激光笔1、2应分别左移、升高（2）若已测出R＝40.00cm、r＝4.00cm，h＝90.00cm，t＝100.00s，n＝51，π取3.14，则小球做圆周运动的周期T＝________s，记录的当地重力加速度大小应为g＝________m/s2。
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关,运动半径越大,所需向心力就越大。
3.用质量不同的钢球和铝球做实验,使两球运动的半径r和角速度相同,
观察得到:向心力的大小与质量有关,质量越大,向心力就越大。
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在探究影响向心力大小的因素的实验中,如图所示,是研究哪两个物理 量之间的关系 ( )
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A.研究向心力与质量之间的关系 B.研究向心力与角速度之间的关系 C.研究向心力与半径之间的关系 D.研究向心力与线速度之间的关系 答案 A 铝球与钢球质量不同,转速相同,本实验研究向心力与质量之 间的关系,不是研究向心力与角速度、半径、线速度的关系,故选A。
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如图所示,是探究向心力的大小F与质量m、角速度ω和半径r之间的关系 的实验装置图。转动手柄1,可使变速轮塔2和3以及长槽4和短槽5随之匀 速转动,皮带分别套在变速轮塔2和3上的不同圆盘上,可使两个槽内的小 球6、7分别以不同的角速度做匀速圆周运动。小球做圆周运动的向心力 由横臂8的挡板对小球的压力提供,球对挡板的反作用力,通过横臂8的杠 杆作用使弹簧测力筒9下降,从而露出标尺10,标尺10上露出的红白相间的 等分格显示出两个球所受向心力的比值。那么:
D.在小球运动半径不等的情况下,用质量相同的小球做实验
(2)在该实验中应用了
(选填“理想实验法”“控制变量法”
或“等效替代法”)来探究向心力的大小与质量m、角速度ω和半径r之
间的关系。
(3)当用两个质量相等的小球做实验,且左边小球的轨道半径为右边小
球的2倍时,转动时发现右边标尺上露出的红白相间的等分格数为左边
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第6讲 实验:探究影响向心力 大小的因素
知 实验装置
识 梳
实验原理
理 实验步骤总纲目录 栏目索引 Nhomakorabea深
化 拓
考点 实验方法和探究过程
展
总纲目录 栏目索引
知识梳理
实验装置
知识梳理 栏目索引
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实验原理 匀速转动手柄,可以使变速轮塔、长槽和短槽匀速转动,槽内的小球就随 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。
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(1)现将两小球分别放在两边的槽内,为了探究小球受到的向心力大小
和角速度的关系,下列说法中正确的是
。
A.在小球运动半径相等的情况下,用质量相同的小球做实验
B.在小球运动半径相等的情况下,用质量不同的小球做实验
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C.在小球运动半径不等的情况下,用质量不同的小球做实验
的2 倍,那么,左边变速轮塔与右边变速轮塔之间的角速度之比为
。
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答案 (1)A (2)控制变量法 (3)1∶2 解析 (1)根据F向=mω2r,知要研究小球受到的向心力大小与角速度的关 系,需控制小球的质量和半径不变。故A正确,B、C、D错误。 (2)由前面分析可知该实验采用的是控制变量法。 (3)线速度相等,则角速度与半径成反比,故可知左边变速轮塔与右边变 速轮塔之间的角速度之比为1∶2。
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深化拓展
考点 实验方法和探究过程
实验目的
探究影响向心力大小的因素
实验方法
控制变量法
探究过程 结论
m、ω不变
改变半径r,则r越大,向心力F就越大
m、r不变
改变角度ω,则ω越大,向心力F就越大
ω、r不变
改变质量m,则m越大,向心力F就越大
物体做圆周运动需要的向心力与物体的质量、半径、角速度都有关
实验步骤
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1.用两个质量相同的小球做实验,保持运动半径相同,观察向心力与角速
度之间的关系。观察得到:向心力的大小与角速度有关,角速度越大,所
需向心力就越大。
2.仍用两个质量相同的小球做实验,保持两球运动角速度相同,观察向心
力的大小与运动半径之间的关系。观察得到:向心力的大小与半径有