2026版创新设计高考总复习物理(人教基础版)学生用-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、质量的关系原理装置图操作步骤1.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，使两个小球的角速度不同，探究向心力的大小与角速度的关系。2.保持两个小球质量不变，增大长槽上小球的转动半径，调整塔轮上的皮带，使两个小球的角速度相同，探究向心力的大小与半径的关系。3.换成质量不同的小球，使两个小球的转动半径相同，调整塔轮上的皮带，使两个小球的角速度也相同，探究向心力的大小与质量的关系。数据处理和结论1.分别作出Fn－ω2、Fn－r、Fn－m的图像，分析向心力与角速度、半径、质量之间的关系。2.实验结论相同的物理量不同的物理量实验结论1m、rωω越大，Fn越大，Fn∝ω22m、ωrr越大，Fn越大，Fn∝r3r、ωmm越大，Fn越大，Fn∝m公式Fn=mω2r考点一教材原型实验例1(2024·辽宁省名校联盟模拟)“探究向心力大小影响因素”的实验装置如图所示。(1)若要研究向心力与质量的关系,应将两个质量不同的小球,分别放置在(选填“A、B”“B、C”或“A、C”)处,将传动皮带套在半径(选填“相同”或“不同”)的左右两个塔轮上,匀速转动手柄,观察标尺上露出的格数即可。

(2)若要研究向心力与半径的关系,需将两个质量相同的小球分别放置在(选填“A、B”“B、C”或“A、C”)处,将传动皮带套在半径(选填“相同”或“不同”)的左右两个塔轮上,匀速转动手柄,(选填“左”或“右”)侧的标尺露出的格数更多。

例2(2025·八省联考四川卷,11)某学习小组使用如图所示的实验装置探究向心力大小与半径、角速度、质量之间的关系,若两球分别放在长槽和短槽的挡板内侧,转动手柄,长槽和短槽随变速轮塔匀速转动,两球所受向心力的比值可通过标尺上的等分格显示,当皮带放在皮带盘的第一挡、第二挡和第三挡时,左、右变速轮塔的角速度之比分别为1∶1、1∶2和1∶3。(1)第三挡对应左、右皮带盘的半径之比为。

(2)探究向心力大小与质量之间的关系时,把皮带放在皮带盘的第一挡后,应将质量(选填“相同”或“不同”)的铝球和钢球分别放在长、短槽上半径(选填“相同”或“不同”)处挡板内侧。

(3)探究向心力大小与角速度之间的关系时,该小组将两个相同的钢球分别放在长、短槽上半径相同处挡板内侧,改变皮带挡位,记录一系列标尺示数。其中一组数据为左边1.5格、右边6.1格,则记录该组数据时,皮带位于皮带盘的第挡(选填“一”“二”或“三”)。

考点二创新拓展实验创新角度创新示例实验方案及器材的创新拉力传感器、速度传感器、转速测量仪的使用使实验方案得以改进,有利于物理量的测量实验目的的创新以圆周运动的形式测量其他物理量例3(2025·江苏淮安高三期中)为探究向心力大小与角速度的关系,某实验小组通过如图所示的装置进行实验。滑块套在水平杆上,随水平杆一起绕竖直杆做匀速圆周运动,力传感器通过一细绳连接滑块,用来测绳上拉力大小。滑块上固定一遮光片,宽度为d,光电门可以记录遮光片通过的时间,测出滑块中心到竖直杆的距离为l。实验过程中细绳始终被拉直。(1)本实验所采用的实验探究方法与下列哪些实验是不同的。

A.探究两电荷间相互作用力的大小与哪些因素有关B.探究导线的电阻与长度、横截面积和材料的关系C.探究加速度与物体受力、物体质量的关系D.探究平抛运动的特点(2)滑块随杆转动做匀速圆周运动时,每经过光电门一次。力传感器和光电门就同时获得一组拉力F和遮光时间t,则滑块的角速度ω=(用t、l、d表示)。

(3)为验证向心力大小与角速度的关系,得到多组实验数据后,应作出F与(选填“t”“1t”或“1t2”)的关系图像。如果图像是一条过原点的倾斜直线,且直线的斜率等于,表明此实验过程中向心力与成正比(选填“角速度”“角速度平方”或“角速度二次方根”例4(2025·湖南名校联考)如图所示的装置可用来验证物体做圆周运动的向心力大小与半径、线速度、质量的关系。用一根细线系住小钢球,另一端连接在固定于铁架台上端的力传感器上,小钢球静止于A点,将光电门固定在A点的正下方靠近A点处。在小钢球底部竖直地粘住一片宽度为d的遮光条(质量不计,长度很小),小钢球的质量为m,重力加速度为g。将小钢球竖直悬挂,测出悬点到小钢球球心之间的距离,得到小钢球的运动半径为R。(1)将小钢球拉至某一位置静止释放,读出小钢球经过A点时力传感器的读数F及遮光条的挡光时间Δt,则小钢球通过A点时的速度大小可视为v=。

(2)根据向心力公式可得,钢球经过最低点时的向心力大小为Fn=(用m、d、R、Δt表示);由受力分析可得,钢球通过A点时的向心力大小为Fn'=(用F、m、g表示),将两次计算的结果进行比较。

(3)改变小钢球释放的位置,重复实验,比较发现Fn总是略大于Fn',分析表明这是系统误差造成的,该系统误差可能的原因是(填选项序号)。

A.小钢球的质量偏大B.小钢球的初速度不为零C.小钢球速度的测量值偏大D.存在空气阻力例5(2025·陕西渭南联考)某实验小组用如图所示的装置来探究圆锥摆运动的规律,轻质细线穿过竖直固定的细圆管(内壁以及管口均光滑)并跨越光滑的定滑轮,一端连接物块(质量为M),另一端连接直径为d的小球,让小球在水平面内做匀速圆周运动并通过光电门(小球通过光电门的时间为Δt),物块静止不动,用秒表来记录小球做圆周运动的时间,重力加速度大小为g,忽略空气阻力。(1)小球在水平面内做匀速圆周运动的线速度大小v=(用d、Δt表示),从小球某次通过光电门开始计时,若测得连续n次(n从1开始计数)通过光电门的时间间隔为t,则小球做圆周运动的周期T=(用n、t表示),若测得细圆管下管口与圆弧轨迹圆心间的高度差为H,圆弧轨