实验六　探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系2026年高考物理第一轮总复习.pptx

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,#,第四章曲线运动与万有引力定律,实验六探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系,基本要求,数据记录与处理,1,.,实验数据记录,（,1,）,m,、,r,一定时,：,序号,1,2,3,4,5,6,F,n,2,（,2,）,m,、,一定时,：,序号,1,2,3,4,5,6,F,n,r,（,3,）,r,、,一定时,：,序号,1,2,3,4,5,6,F,n,m,2,.,分别作出,F,n,2,、,F,n,r,、,F,n,m,的图像,.,3,.,实验结论,（,1,）,在质量和半径一定的情况下,，,向心力的大小与角速度的平方成,正比,.,（,2,）,在质量和角速度一定的情况下,，,向心力的大小与半径成正比,.,（,3,）,在半径和角速度一定的情况下,，,向心力的大小与质量成正比,.,（,4,）,可得出向心力的大小,F,n,m,2,r,.,注意事项,1,.,定性感知实验中,，,小物体受到的重力与拉力相比可忽略,.,2,.,使用向心力演示器时应注意,（,1,）,将横臂紧固螺钉旋紧,，,以防小物体或其他部件飞出而造成事故,.,（,2,）,摇动手柄时应力求缓慢加速,，,注意观察其中一个测力计的格数,.,达到预定格数时,，,要保持转速均匀恒定,.,典例,1,如图所示,，,图甲为,“,向心力演示器验证向心公式,”,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,.,a,、,b,两轮在皮带的带动下匀速转动,.,（,1,）,两槽转动的角速度,A,B,（,填,“,”“,”,或,“,”,）,.,解析,：（,1,）,因,a,、,b,两轮半径相同,，,线速度相等,，,则,a,、,b,两轮转动的,角速度相同,，,而两槽的角速度与两轮的角速度相同,，,则两槽转动的角,速度相等,，,即,A,B,.,（,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,，,向心力之比为,.,解析,：（,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,n,m,2,r,可知,，,向心力之比为,2,1,.,2,1,2,1,典例,2,如图甲为探究向心力跟质量,、,半径,、,角速度关系的实验装,置,，,金属块放置在转台上,，,电动机带动转台做匀速圆周运动,，,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,.,（,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,，,计算出转动的角速度,.,解析,：（,1,）,为了探究向心力跟角速度的关系,，,需要控制金属块转动,半径和金属块质量两个变量保持不变,.,金属块的拉力可由力传感器直,接测量,，,根据题意知,.,质量,半径,力传感器,（,2,）,上述实验中,，,该同学多次改变转速后,，,记录一组力与对应周期,数据,，,他用图像法来处理数据,，,结果画出了如图乙所示的图像,，,图线,是一条过原点的直线,，,请你分析他的图像横坐标,x,表示的物理量,是,，,单位是,.,解析,：（,2,）,由向心力公式而,F,n,m,2,r,可得,，,保持,m,和,r,不变,，,力,F,与,2,成正比,，,而,w,，,因此,F,与,成正比,，,图线为过原点的一条,倾斜,直线,，,所以横坐标表示的物理量是,，,单位是,s,2,.,s,2,（,3,）,为了验证向心力跟半径,、,质量的关系,，,还需要用到的实验器材,有,和,.,解析,：（,3,）,还需要用到天平测金属块的质量,，,刻度尺测量不同转速,下金属块转动的半径,.,刻度尺,天平,1,.,在室内自行车比赛中,，,运动员以速度,v,在倾角为,的赛道上做匀速圆,周运动,.,已知运动员的质量为,m,，,做圆周运动的半径为,R,，,重力加速度,为,g,，,则下列说法正确的是,（,B,）,A,.,将运动员和自行车看作一个整体,，,整体受重力,、,支,持,力,、,摩擦力和向心力的作用,B,.,运动员受到的合力大小为,m,，,做圆周运动的,向心,力,大小也是,m,C,.,运动员做圆周运动的角速度为,vR,D,.,如果运动员减速,，,运动员将做离心运动,B,解析,：,向心力是整体所受力的合力,，,选项,A,错误,；,做匀速圆周运动的,物体,，,合力提供向心力,，,选项,B,正确,；,运动员做圆周运动的角速度为,，,选项,C,错误,；,只有运动员加速到所受合力不足以提供做圆周运,动的向心力时,，,运动员才做离心运动,，,选项,D,错误,.,2,.,（,双选,）,如图所示,，,在水平转盘边缘放着一质量为,1,k,g,的物块,（,可,看成质点,），,物块用长为,0,.,25,m,的细线与固定在转盘中心轴上的力传,感器相连,，,力传感器的大小不计,，,细线能承受的最大拉力为,5,N,，,物,块与水平转盘间的动摩擦因数为,0,.,4,，,且可认为最大静摩擦力等于滑,动摩擦力,.,水平转盘边缘距水平地面的高度为,0,.,8,m,，,转盘可绕竖直中,心轴转动,.,转盘静止时,，,细线刚好伸直,，,力传感器的示数为零,（,重力,加速度大小,g,取,10,m/s,2,）,.,不计空气阻力,.,下列说法正确的,是,（,AC,）,AC,A,.,转盘的角速度为,2,rad/s,时,，,物块受到的摩擦力,大,小,为,1,N,B,.,转盘的角速度大于,3,rad/s,时,，,物块一定受到,细线,的,拉力,C,.,转盘的角速度大于,6,rad/s,时,，,细线会被拉断,D,.,若细线恰好被拉断,，,则物块沿半径方向飞出,解析,：,A,.,当最大静摩擦力恰好提供向心力时,，,根据牛顿第二定律,，,有,：,r,ad/s,4,rad,/s,；,当细线拉力恰好达到,最大时,，,根据牛顿第二定律,，,有,：,T,max,mg,m,2,r,，,解得,：,6,rad,/s,；,故转盘的角速度为,2,rad,/s,时,，,静摩擦力提供向心力,，,故有,：,f,1,m,r,1,4,0,.,25,N,1,N,，,故,A,正确,；,B,.,由,A,分析可知,，,当角速度大于,4,rad/s,且不超过,6,rad/s,时,，,物块一定,受,到,细线拉力,，,故,B,错误,；,C,.,由,A,分析可知,，,当转盘的角速度大于,6,rad/s,时,，,细线会被拉断,，,故,C,正确,；,D,.,若细线恰好被拉断,，,则,线速,度,为,v,0,r,6,0,.,25,m/s,1,.,5,m/s,，,此后做平抛运动,，,故有,：,x,v,0,t,，,h,gt,2,，,联立解得,x,0,.,60,m,，,故距离中心轴的距离为,s,m,0,.,65,m,，,故,D,错误,.,3,.,（,轻绳模型的应用,）,如图所示,，,小球沿水平面通过,O,点进入半径为,R,的半圆弧轨道后恰能通过最高点,P,，,然后落回水平面,，,不计一切阻,力,，,下列说法正确的是,（,B,）,A,.,小球落地点离,O,点的水平距离为,R,B,.,小球落地点离,O,点的水平距离为,2,R,C,.,小球运动到半圆弧最高点,P,时向心力恰好为零,D,.,若将半圆弧轨道上部的,圆弧截去,，,其他条件不变,，,则,小球能达到的最大高度比,P,点低,B,解析,：,若小球恰能通过最高点,P,，,则在最高点,P,时重力恰好提供向心,力,，,选项,C,错误,；,由圆周运动的知识可得,mg,m,，,小球离开,P,点后,做平抛运动,，,x,vt,，,2,R,gt,2,，,解得,x,2,R,，,故选项,A,错误,，,B,正确,；,若将弧轨道上部的,圆弧截去,，,其他条件不变,，,则小球离开轨道后做,竖直上抛运动,，,达到最大高度时速度为零,，,故能达到的最大高度比,P,点高,，,选项,D,错误,.,4,.,如图甲所示,，,小球在竖直放置的光滑圆形管道内做圆周运动,.,当小,球运动到圆形管道的最高点时,，,管道对小球的弹力与最高点时的速度,平方的关系如图乙所示,（,取竖直向下为正方向,）,.,MN,为通过圆心的一,条水平线,.,不计小球半径,、,管道的粗细,，,重力加速度为,g,.,则下列说法,中正确的是,（,B,）,B,A,.,管道的半径为,B,.,小球的质量为,C,.,小球在,MN,以下的管道中运动时,，,内侧管壁对小球可能有作用力,D,.,小球在,MN,以上的管道中运动时,，,外侧管壁对小球一定有作用力,解析,：,A,.,由图乙可知,，,当,v,2,b,时,F,N,0,，,此时小球的重力提供向心,力,，,由牛顿第二定律得,：,mg,m,，,解得,：,R,，,故,A,错误,；,B,.,由,图乙可知,，,当,v,2,0,时,F,N,mg,a,，,小球的质量,m,，,故,B,正确,；,C,.,小球在,MN,下方的管道中运动时,，,由于向心力的方向要指向圆心,，,则,管壁必然要提供指向圆心的支持力,，,只有外壁才可以提供这个力,，,所,以内侧管壁对小球没有作用力,，,故,C,错误,；,D,.,小球在,MN,上方的管道,中运动时,，,重力沿径向的分量必然参与提供向心力,，,故可能是外侧管,壁受力,，,也可能是内侧管壁对小球有作用力,，,还可能均无作用力,，,故,D,错误,.,5,.,图甲中表演的,“,水流星,”,是一项中国传统民间杂技艺术,，,在一根,绳子上系着两个装满水的桶,，,表演者把它甩动转起来,，,犹如流星般,，,而水不会流出来,.,图乙为,“,水流星,”,的简化示意图,，,在某次表演中,，,当桶,A,在最高点时,，,桶,B,恰好在最低点,，,若演员仅控制住绳的中点,O,不,动,，,而水桶,A,、,B,（,均可视为质点,）,都恰好能通过最高点,.,已知绳长,l,1,.,6,m,，,两水桶,（,含水,）,的质量均为,m,0,.,5,k,g,，,不计空气阻力及绳,重,，,取,g,10,m/s,2,.,求,：,（,1,）,水桶在最高点和最低点的速度大小,；,答案,：（,1,）,2,m/s,2,m/s,解析,：（,1,）,设最高点的速度为,v,1,，,最低点的速度为,v,2,.,水桶做圆周运,动的,半径,R,0,.,8,m,水桶恰通过最高点时绳上的拉力为零,，,有,mg,m,解得,v,1,2,m/s,水桶从最高点运动到最低点有,mgl,m,m,解得,v,2,2,m/s,（,2,）,图示位置时,，,手对绳子的力的大小,.,答案,：（,2,）,30,N,解析,：（,2,）,绳,OA,对水桶,A,的拉力为零,，,对最低点的桶,B,受力分析,可,得,F,OB,mg,m,解得,F,OB,30,N,所以,，,手对绳子的力的大小为,30,N,.,提醒,完成课时作业,（,十七,）,Exit,。