备考2025届高考物理一轮复习讲义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命题点1教材基础实验

试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”试验是课标新增试验，该试验主要考查学生理解学问的实力，能切实地将科学探究的素养落到实处.往年高考对该试验的考查力度不是很大，却在2024年浙江1月卷中进行了考查，可见，高考命题起先加大对该新增试验的考查力度，预料2025年高考该试验出现的概率相对较大.1.试验目的探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系.2.试验原理如图所示，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，向球供应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.试验器材向心力演示器、质量不等的小球.4.试验步骤（1）分别将两个质量相等的小球放在试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试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试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Fn－ω2、Fn－r、Fn－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.留意事项（1）试验前应将横臂紧固，螺钉旋紧，以防球和其他部件飞出造成事故.（2）试验时，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，速度增加匀整.（4）皮带跟塔轮之间要拉紧.研透高考明确方向命题点1教材基础试验1.[试验原理与操作/2024浙江1月]“探究向心力大小的表达式”试验装置如图所示.（1）接受的试验方法是A.A.限制变量法 B.等效法 C.模拟法（2）在小球质量和转动半径相同的状况下，渐渐加速转动手柄到确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接受的试验方法是限制变量法，A正确，BC错误.（2）由向心力公式F＝mv2R、F＝mω2R、F＝m4π2.[数据处理]一物理爱好小组利用学校试验室的数字试验系统“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不变的状况下，变更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/N5.466.557.648.749.83在保证重物的质量m和做圆周运动的半径r不变的状况下，变更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/N0.09830.22660.28210.45831.0807（1）依据上面的测量结果，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）通过以上试验探究可知，向心力与转动半径成正比，与角速度的平方成