高考物理一輪復(fù)習(xí)必修第二冊第四章曲線運(yùn)動萬有引力與航天第六講實(shí)驗(yàn)：探究影響向心力大小的因素課件-課件下載-教習(xí)網(wǎng)

二、核心關(guān)鍵1．?dāng)?shù)據(jù)處理(1)m、r一定
(2)m、ω一定(3)r、ω一定(4)分別作出F向-ω2、F向-r、F向-m的圖像。
2．實(shí)驗(yàn)結(jié)論(1)在小球質(zhì)量和做圓周運(yùn)動的半徑一定的情況下，向心力的大小與角速度的平方成正比。(2)在小球質(zhì)量和角速度一定的情況下，向心力的大小與做圓周運(yùn)動的半徑成正比。(3)在小球做圓周運(yùn)動的半徑和角速度一定的情況下，向心力的大小與質(zhì)量成正比。3．注意事項(xiàng)(1)定性感知實(shí)驗(yàn)中，輕小球受到的重力與拉力相比可忽略。(2)使用向心力演示器時(shí)應(yīng)注意：①將橫臂緊固螺釘旋緊，以防小球和其他部件飛出而造成事故。②搖動手柄時(shí)應(yīng)力求緩慢加速，注意觀察其中一個測力套筒上標(biāo)尺的格數(shù)。達(dá)到預(yù)定格數(shù)時(shí)，保持轉(zhuǎn)速均勻恒定。
一、基礎(chǔ)考法保住分考查點(diǎn)(一)　影響向心力大小因素的定性分析1．如圖所示，同學(xué)們分小組探究影響向心力大小的因素。同學(xué)們用細(xì)繩系一紙杯(杯中有30 mL的水)在空中甩動，使紙杯在水平面內(nèi)做圓周運(yùn)動，來感受向心力。
(1)下列說法中正確的是________。A．保持質(zhì)量、繩長不變，增大轉(zhuǎn)速，繩對手的拉力將不變B．保持質(zhì)量、繩長不變，增大轉(zhuǎn)速，繩對手的拉力將增大C．保持質(zhì)量、角速度不變，增大繩長，繩對手的拉力將不變D．保持質(zhì)量、角速度不變，增大繩長，繩對手的拉力將增大(2)如圖甲所示，繩離杯心40 cm處打一結(jié)點(diǎn)A，80 cm處打一結(jié)點(diǎn)B，學(xué)習(xí)小組中一位同學(xué)手表計(jì)時(shí)，另一位同學(xué)操作，其余同學(xué)記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)：操作一：手握繩結(jié)點(diǎn)A，使杯在水平方向每秒運(yùn)動一周，體會向心力的大小。操作二：手握繩結(jié)點(diǎn)B，使杯在水平方向每秒運(yùn)動一周，體會向心力的大小。
操作三：手握繩結(jié)點(diǎn)A，使杯在水平方向每秒運(yùn)動二周，體會向心力的大小。操作四：手握繩結(jié)點(diǎn)A，再向杯中添加30 mL的水，使杯在水平方向每秒運(yùn)動一周，體會向心力的大小。則：①操作二與一相比較：質(zhì)量、角速度相同，向心力的大小與轉(zhuǎn)動半徑大小有關(guān)；操作三與一相比較：質(zhì)量、轉(zhuǎn)動半徑相同，向心力的大小與角速度的大小有關(guān)；操作四與一相比較：____________________相同，向心力大小與________有關(guān)；②物理學(xué)中此種實(shí)驗(yàn)方法叫________法。③小組總結(jié)階段，在空中甩動，使杯在水平面內(nèi)做圓周運(yùn)動的同學(xué)談感受時(shí)說：“感覺手腕發(fā)酸，感覺力的方向不是指向圓心的向心力而是背離圓心的離心力，跟書上說的不一樣?！蹦阏J(rèn)為該同學(xué)的說法是否正確，為什么？
解析：(1)由題意，根據(jù)向心力公式F向＝mω2r，由牛頓第二定律，則有T拉＝mω2r；保持質(zhì)量、繩長不變，增大轉(zhuǎn)速，根據(jù)公式可知，繩對手的拉力將增大，故A錯誤，B正確；保持質(zhì)量、角速度不變，增大繩長，據(jù)公式可知，繩對手的拉力將增大，故C錯誤，D正確。(2)根據(jù)向心力公式F向＝mω2r，由牛頓第二定律，則有T拉＝mω2r；操作二與一相比較：質(zhì)量、角速度相同，向心力的大小與轉(zhuǎn)動半徑大小有關(guān)；操作三與一相比較：質(zhì)量、轉(zhuǎn)動半徑相同，向心力的大小與角速度的大小有關(guān)；操作四與一相比較：角速度、轉(zhuǎn)動半徑相同，向心力大小與質(zhì)量有關(guān)；物理學(xué)中此種實(shí)驗(yàn)方法叫控制變量法。
說法不對。該同學(xué)受力分析的對象是自己的手，我們實(shí)驗(yàn)時(shí)受力分析的對象是水杯，細(xì)繩的拉力提供水杯做圓周運(yùn)動的向心力指向圓心。細(xì)繩對手的拉力與“向心力”大小相等，方向相反，背離圓心。答案：(1)BD　(2)①角速度(線速度)、轉(zhuǎn)動半徑　質(zhì)量?、诳刂谱兞俊、垡娊馕?br/>考查點(diǎn)(二)　影響向心力大小因素的定量分析2．(2023·浙江1月選考，節(jié)選)“探究向心力大小的表達(dá)式”實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示。(1)采用的實(shí)驗(yàn)方法是________。A．控制變量法 B．等效法　C．模擬法(2)在小球質(zhì)量和轉(zhuǎn)動半徑相同的情況下，逐漸加速轉(zhuǎn)動手柄到一定速度后保持勻速轉(zhuǎn)動。此時(shí)左右標(biāo)尺露出的紅白相間等分標(biāo)記的比值等于兩小球的________之比(選填“線速度大小”“角速度平方”或“周期平方”)；在加速轉(zhuǎn)動手柄過程中，左右標(biāo)尺露出紅白相間等分標(biāo)記的比值________(選填“不變”“變大”或“變小”)。
解析：(1)該實(shí)驗(yàn)探究多個物理量之間的關(guān)系，應(yīng)用控制變量法。(2)根據(jù)向心力表達(dá)式F＝mrω2，在小球質(zhì)量、轉(zhuǎn)動半徑相同的情況下，F(xiàn)∝ω2，左右標(biāo)尺標(biāo)記的比值為F之比等于角速度的平方比；由于兩球角速度比為定值，則標(biāo)記的比值不變。答案：(1)A　(2)角速度平方　不變
[關(guān)鍵點(diǎn)撥](1)當(dāng)某物理量與多個因素可能有關(guān)時(shí)應(yīng)采用控制變量法進(jìn)行定量研究。(2)在研究某兩個物理量之間的關(guān)系時(shí)，其他因素所對應(yīng)的物理量應(yīng)當(dāng)保持不變。
二、創(chuàng)新考法不失分創(chuàng)新角度(一)　實(shí)驗(yàn)器材的創(chuàng)新1. 某興趣小組用如圖甲所示的裝置與傳感器結(jié)合，探究向心力大小的影響因素。實(shí)驗(yàn)時(shí)用手撥動旋臂使砝碼做圓周運(yùn)動，力傳感器和光電門固定在實(shí)驗(yàn)器材上，測量角速度和向心力。(1)電腦通過光電門測量擋光桿通過光電門的時(shí)間，并由擋光桿的寬度d、擋光桿通過光電門的時(shí)間Δt、擋光桿做圓周運(yùn)動的半徑r，自動計(jì)算出砝碼做圓周運(yùn)動的角速度，則其計(jì)算角速度的表達(dá)式為________________。
(2)在圖乙中取①②兩條曲線為相同轉(zhuǎn)動半徑、不同質(zhì)量下向心力與角速度的關(guān)系圖線，由圖乙可知。曲線①對應(yīng)的砝碼質(zhì)量________(填“大于”或“小于”)曲線②對應(yīng)的砝碼質(zhì)量。
2．如圖甲所示是某同學(xué)探究做圓周運(yùn)動的物體質(zhì)量、向心力、軌道半徑及線速度關(guān)系的實(shí)驗(yàn)裝置，做勻速圓周運(yùn)動的圓柱體放置在水平光滑圓盤上，力傳感器測量向心力F，速度傳感器測量圓柱體的線速度v，該同學(xué)通過保持圓柱體質(zhì)量和運(yùn)動半徑不變，來探究向心力F與線速度v的關(guān)系：
(1)該同學(xué)采用的實(shí)驗(yàn)方法為________。A．等效替代法 B．控制變量法C．理想化模型法 D．比值法(2)改變線速度v，多次測量，該同學(xué)測出了五組F、v數(shù)據(jù)，如表所示：該同學(xué)對數(shù)據(jù)分析后，在圖乙坐標(biāo)紙上描出了五個點(diǎn)。①作出F-v2圖線；②若圓柱體運(yùn)動半徑r＝0.2 m，由作出的F-v2圖線可得圓柱體的質(zhì)量m＝____kg(保留兩位有效數(shù)字)。
答案：(1)B　(2)①見解析圖?、?.18
創(chuàng)新角度(二)　實(shí)驗(yàn)原理的創(chuàng)新3．改裝的探究圓周運(yùn)動的向心力大小的實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示。有機(jī)玻璃支架上固定一個直流電動機(jī)，電動機(jī)轉(zhuǎn)軸上固定一個半徑為r的塑料圓盤，圓盤中心正下方用細(xì)線接一個重錘，圓盤邊緣連接細(xì)繩，細(xì)繩另一端連接一個小球。實(shí)驗(yàn)操作如下：
①利用天平測量小球的質(zhì)量m，記錄當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣萭的大小；②閉合電源開關(guān)，讓小球做如圖所示的勻速圓周運(yùn)動，調(diào)節(jié)激光筆2的高度和激光筆1的位置，讓激光恰好照射到小球的中心，用刻度尺測量小球做圓周運(yùn)動的半徑R和球心到塑料圓盤的高度h；③當(dāng)小球第一次到達(dá)A點(diǎn)時(shí)開始計(jì)時(shí)，并記錄為1次，記錄小球n次到達(dá)A點(diǎn)的時(shí)間t；④切斷電源，整理器材。

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