高考物理一轮总复习精品课件 第4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.ppt

(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.利用水平旋转平台验证向心力与角速度的定量关系,选取光滑水平平台MN,如图甲所示,平台可以绕竖直转轴OO‘转动,M端固定的压力传感器可以测出物体对其压力的大小,N端有一宽度为d的遮光条,光电门可以测出每一次遮光条通过时的遮光时间。甲乙丙实验过程如下:a.用游标卡尺测出遮光条的宽度,如图乙所示;b.用天平测出小物块质量为m;c.测出遮光条到转轴间的距离为l;d.将小物块放置在水平平台上且紧贴压力传感器,测出小物块中心位置到转轴间的距离为R;e.使平台绕转轴以不同角速度匀速转动;f.通过压力传感器得到不同角速度时,小物块对传感器的压力F和遮光条通过光电门的时间t;g.在保持m、R不变的前提下,得到不同角速度下压力F与的图像如图丙所示,其图线斜率为k。请回答下列问题:(1)遮光条宽度d=cm。?(2)当遮光条通过光电门的时间为t0时,平台转动的角速度ω0=(用相应的字母符号表示)。?(3)验证小物块受到的向心力与角速度的定量关系时,图线斜率应满足k=(用m、d、R、l等物理量符号表示)。?解析(1)游标卡尺的分度值为0.02mm,不需要估读,则d=2mm+0.02×23mm=2.46mm=0.246cm。考题点睛考点考向点睛控制变量法规律:通过压力传感器收集向心力信息方法:充分理解应用向心力公式F=mrω2练思维迁移运用1.某同学想验证竖直面内小球做圆周运动向心力变化的规律,使用某一竖直面内的圆周轨道,轨道圆心为O,半径R=3m,分别在距离最低点A高度为0、h、2h、3h、4h、5h、6h处固定有压力传感器,其装置如图甲所示。甲乙(1)选择比较光滑的竖直轨道,以保证小球在运动过程中机械能变化可以忽略。(2)使一质量为m的小球从A点以速度v0开始沿内轨道向右运动,记录小球在各位置对轨道的压力F与高度h的对应数值,并在F-h坐标系中描点连线得到如图乙所示的图像。(3)若小球在初始位置对轨道压力大小为F0,则F与h的函数关系可表示为(用m、g、R、h、F0、F表示);若重力加速度g取10m/s2,则结合图乙可知小球质量m=kg,小球经过最低点A时的初速度v0=m/s(可以用根式表示)。?2.(2023山东泰安模拟)为探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系,小明按图甲装置进行实验,物块放在平台卡槽内,平台绕轴转动,物块做匀速圆周运动,平台转速可以控制,数字计时器可以记录转动快慢。(1)为了探究向心力与角速度的关系,需要控制保持不变。小明由计时器测转动的周期T,计算ω2的表达式是。?(2)小明按上述实验将测算得到的结果用作图法来处理数据,如图乙所示,纵轴F为力传感器读数,横轴为ω2,图线不过坐标原点的原因是。用电子天平测得物块质量为1.50kg,刻度尺测得转动半径为50.00cm,图线斜率为kg·m(结果保留两位有效数字)。解析(1)由向心力公式Fn=mω2r可知,探究向心力和角速度的关系,(2)实际表达式为F+Ff=mω2r,图线不过坐标原点的原因是存在摩擦力的影响,斜率为k=mr=0.75kg·m。3.(2023河北石家庄二中实验学校月考)某同学用如图甲所示装置探究钢质小球自由摆动至最低点时的速度大小与此时细线拉力的关系。其中力传感器显示的是小球自由摆动过程中各个时刻细线拉力FT的大小,光电门测量的是钢球通过光电门的挡光时间Δt。(1)调整细线长度,使细线悬垂时,小球中心恰好位于光电门中心。(2)要测量小球通过光电门的速度,还需测出(写出需要测量的物理