人教版高考物理一轮总复习精品课件 第四章 曲线运动 万有引力与航天 实验6 探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系 (3).ppt

考点一教材原型实验典例1.用如图所示的装置来探究小球做圆周运动所需向心力F的大小与质量m、角速度ω和半径r之间的关系。两个变速塔轮通过皮带连接,转动手柄使长槽和短槽分别随变速塔轮匀速转动,槽内的钢球也做匀速圆周运动。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,标尺上的等分格显示出两个钢球所受向心力的比值。下图是探究过程中某次实验时装置的状态。(1)在研究向心力F的大小与质量m的关系时,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F的大小与的关系。?A.质量m B.半径r C.角速度ω答案(1)A(2)C解析在研究向心力F的大小与质量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F的大小与质量m的关系时,要保持其他的物理量不变,其中包括角速度ω与半径r,即保持角速度与半径相同。故选A。(2)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。考题点睛考点考向点睛控制变量法规律:明确要研究向心力与哪个量的关系方法:控制实验条件,确保向心力与研究量外其他物理量相同考点二实验的改进与创新典例2.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: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。(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.转速 D.线速度的方向(5)实验中,人体验到的绳子的拉力(选填“是”或“不是”)沙袋做圆周运动的向心力。?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,沙袋质量和角速度相等,知拉力较大的是操作2。(2)根据F=mω2r知,操作3与操作1相比,操作3沙袋的转速大,角速度大,半径不变,沙袋的质量不变,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,沙袋质量变大,根据F=mω2r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、转速有关。故选A、B、C。(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。考题点睛考点考向点睛控制变量法替代转化法规律:用手感受绳的拉力替代球所受向心力方法:确保F绳=Fn=mω2r练思维迁移运用1.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。(1)为了探究向心力大小与物体质量的关系,可以采用(选填“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所受的向心力大小之比;为研究向心力大小跟转速的关系,应比较表中的第1组和第组数据。?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(3)本实验中产生误差的原因有?。(写出一条即可)?答案(1)控制变量法(2)3(3)见解析解析(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。(2)为研究向心力大小跟转速的