高考物理人教版山东一轮复习：实验6 探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系.pptVIP

实验6探究向心力大小与半径 角速度 质量的关系 2 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 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 3 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 4 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 5 表一 m1 m2 r1 r2 6 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 分别读出两球所需的向心力大小 将结果填入表二 表二 m1 m2 1 2 7 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 1 2 8 分析与论证 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 跟角速度的二次方成正比 9 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 4 皮带跟塔轮之间要拉紧 10 命题点一 命题点二 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 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轮塔匀速转动 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 11 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 和rB 和mC m和rD 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mB 半径rC 角速度 12 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 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 m 2r 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 与半径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 m 2r 则研究的是向心力与角速度的关系 故选C 13 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 14 命题点一 命题点二 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 15 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 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 16 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 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 17 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 m 2r知 操作2与操作1相比 操作2的半径大 小球质量和角速度相等 知拉力较大的是操作2 2 根据F m 2r知 操作3与操作1相比 操作3小球的角速度较大 半径不变 小球的质量不变 知操作3的拉力较大 3 操作4和操作1比较 半径和角速度不变 小球质量变大 根据F m 2r知 操作4的拉力较大 4 由以上四次操作 可知向心力的大小与质量 半径 角速度有关 故选ABC 5 沙袋做圆周运动的向心力是绳子对沙袋的拉力 作用在沙袋上 而人体验到的绳子的拉力作用在人上 不是同一个力 18 1 如图所示 图甲为 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 19 1 两槽转动的角速度 A B 选填 或 2 现有两质量相同的钢球 球放在A槽的边缘 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 的线速度之比为 受到的向心力之比为 答案 1 2 2 1 3 2 1解析 1 因两轮ab转动的角速度相同 而两槽的角速度与两轮角速度相同 则两槽转动的角速度相等 即 A B 2 钢球 的角速度相同 半径之比为2 1 则根据v r可知 线速度之比为2 1 根据F m 2r可知 受到的向心力之比为2 1 20 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的塑枓圆盘 圆盘中心正下方用细线接一个重锤 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 21 利用天平测量小球的质量m 记录当地的重力加速度g的大小 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 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 切断电源 整理器材 22 请回答下列问题 1 多选 下列说法正确的是 D 若电动机转速增加 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 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 计算结果均保留3位有效数字 23 答案 1 BD 2 2 009 86 24 25 3 一实验小组利用数字实验系统探究圆周运动中向心力与角速度 半径的关系 他们让一砝码做半径r 0 08m的圆周运动 通过数字实验系统测得到若干组向心力F和对应的角速度 做出F 的关系图象如图所示 甲 乙 26 1 通过分析图象 猜测F与 2可能成正比 为进一步证实猜测 可作关系图象来验证 2 将砝码做圆周运动的半径r分别调整为0 04m 0 12m 在一个坐标系中又得到两条F 图象 如图乙所示 作一条平行于纵轴的辅助线 观察和的比值 得到力F和半径r成正比的结论 27 答案 1 F 2 2 力半径解析 1 通过对图象的观察 兴趣小组的同学猜测F与 2成正比 可以通过进一步的转换 通过绘出F与 2关系图象来确定他们的猜测是否正确 如果猜测正确 做出的F与 2的关系式应当为一条倾斜直线 2 在证实了F 2之后 他们将砝码做圆周运动的半径r再分别调整为0 04m 0 12m 又得到了两条F 图象 作一条平行于纵轴的辅助线 是为了保持参量 不变 可以得出力与半径之间的关系 观察和图象的交点中力的数值之比是否为1 2 3 如果比例成立则说明向心力与物体做圆周运动的半径成正比 28 4 如图为探究向心力跟质量 半径 角速度关系式的实验装置 金属块放置在转台上 电动机带动转台做圆周运动 改变电动机的电压 可以改变转台的转速 光电计时器可以记录转台每转一圈的时间 金属块被约束在转台的凹槽中 只能沿半径方向移动 且跟转台之间的摩擦力很小可以忽略 29 1 某同学为了探究向心力跟角速度的关系 需要控制和两个变量保持不变 改变转台的转速 对应每个转速由读出金属块受到的拉力 由光电计时器读出转动的周期T 计算出