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(共14張PPT)
第四章 曲線運動
2025年高考物理一輪基礎知識復習
教材實驗6
探究向心力大小與半徑、角速度、質量的關系
1.實驗目的
探究向心力與質量、半徑、角速度的關系.
2.實驗原理
向心力演示器
當轉動手柄1時,變速塔輪2和3就隨之轉動,放在長槽4和短槽5中的球 和 都隨之做圓周運動.球由于慣性而滾到橫臂的兩個短臂6擋板處,短臂擋板就推壓球,向球提供了做圓周運動所需的向心力.由于杠桿作用,短臂向外時,長臂就壓縮塔輪轉軸上的測力部分的彈簧,使彈簧測力套筒7上方露出標尺8上的格數,便顯示出了兩球所需向心力之比.
3.實驗器材
向心力演示器、質量不等的小球．
4.實驗步驟
（1）分別將兩個質量相等的小球放在實驗儀器的兩個小槽中，且小球到轉軸（即圓心）距離相同即圓周運動半徑相同．將皮帶放置在適當位置使兩轉盤轉動，記錄不同角速度下的向心力大小（格數）．
（2）分別將兩個質量相等的小球放在實驗儀器的長槽和短槽兩個小槽中，將皮帶放置在適當位置使兩轉盤轉動角速度相等、小球到轉軸（即圓心）距離不同即圓周運動半徑不等，記錄不同半徑的向心力大小（格數）．
（3）分別將兩個質量不相等的小球放在實驗儀器的兩個小槽中，且小球到轉軸（即圓心）距離相同即圓周運動半徑相等，將皮帶放置在適當位置使兩轉盤轉動角速度相等，記錄不同質量下的向心力大小（格數）．
5.數據處理
分別作出 、 、 的圖像，分析向心力大小與角速度、半徑、質
量之間的關系，并得出結論．
6.注意事項
（1）實驗前應將橫臂緊固,螺釘旋緊,以防球和其他部件飛出造成事故.
（2）實驗時,不宜使標尺露出格數太多,以免由于球沿槽外移引起過大的誤差.
（3）搖動手柄時,應使小球緩慢加速,速度增加均勻.
（4）皮帶跟塔輪之間要拉緊.
某同學在“探究向心力大小的表達式”實驗中，所用向心力演示器如圖（a）所示。圖（b）是演示器部分原理示意圖，
其中皮帶輪①、④的半徑相同，輪②的半徑是輪①的2倍，輪④的半徑是輪⑤的2倍，兩轉臂上黑白格的長度相
等。、、 為三根固定在轉臂上的擋板，可與轉臂上做圓周運動的實驗球產生擠壓，從而為實驗球提供向心
力，、到轉軸的距離相等，到轉軸的距離是 到轉軸距離的2倍。圖（a）中的標尺1和2可以顯示出兩球所受向
心力的大小關系。可供選擇的實驗球有：質量均為的球1和球2，質量為 的球3。
圖（a）
圖（b）
【實驗原理】
（1）在研究向心力的大小與質量、角速度 和半徑 之間的關系時，主要用到了物理學中的___。
C
A.理想實驗法 B.等效替代法 C.控制變量法 D.微小量放大法
（2）實驗中，可通過改變___來改變小球做圓周運動的半徑；通過改變___來改變位于兩轉臂上的小球做圓周運動
的角速度之比。
A.小球在轉臂上的位置
B.與皮帶相連的塔輪
A
B
【實驗操作】
（3）為探究向心力與小球質量的關系，實驗時應用皮帶將輪____和輪____相連，同時將球1和球3分別放在擋板__
（選填“”或“”）和擋板 處。
①
④
【解題思路】為探究向心力與小球質量的關系，應控制小球轉動的角速度和半徑相同，所以實驗時應用皮帶將輪
①和輪④相連，同時將球1和球3分別放在擋板和擋板 處。
（4）探究向心力與角速度的關系時，應選擇小球______（填“1和2”或“1和3”），并將兩小球放在擋板___（選填“
”或“”）和擋板 處。
1和2
【解題思路】探究向心力與角速度的關系時，應保持兩小球的質量相等、做圓周運動的半徑相等，所以應將小球1
和2放在擋板和 處。
【數據處理】
（5）若某次實驗小球1、2分別位于擋板和擋板 處，皮帶將輪②和輪④相連，標尺上顯示出小球1、2所受向心力
之比為___。
D
A. B. C. D.
【解題思路】由題意知兩小球的質量和運動半徑均相等，因為輪②和輪④通過皮帶連接，所以它們邊緣線速度相
等，根據可知用皮帶連接的輪②和輪④的角速度之比為，由 可知,1、2兩球所受向心力之比為
，D正確。
【實驗拓展與創新】
圖（c）
（6）某同學用如圖（c）所示裝置做探究向心力大小與角速度關系的實驗。水平直桿隨豎直轉軸一起轉動，滑塊套在水平直桿上，用細線將滑塊與固定在豎直轉軸上的力傳感器連接，細線處于水平伸直狀態，當滑塊隨水平直桿一起勻速轉動時，拉力的大小可以通過力傳感器測得，滑塊轉動的角速度可以通過角速度傳感器測得，設最大靜摩擦力等于滑動摩擦力。
圖（d）
①滑塊和角速度傳感器的總質量為 ，保持滑塊到豎直轉軸
的距離不變，僅改變豎直轉軸轉動的快慢，記錄多組力傳感器
的示數及角速度傳感器的示數 ，根據實驗數據得到的
圖像如圖（d）所示，圖像沒有過坐標原點的原因是
________________，滑塊到豎直轉軸的距離為______ 。（計
算結果保留三位有效數字）
水平直桿不光滑
0.257
【解題思路】滑塊轉動過程中當角速度較小時，細線上的拉力
為零，此時只有靜摩擦力提供向心力，即水平直桿不光滑，隨
著角速度增大摩擦力逐漸增大，當摩擦力達到最大值時繼續增
大轉速細線上開始出現拉力，則有，可得，圖像斜率 ，代入數據解得
；
②若去掉細線，仍保持滑塊到豎直轉軸的距離不變，則轉軸轉動的最大角速度為___ 。
5
【解題思路】當時，，由題圖（d）可知，轉軸轉動的最大角速度為 ，解得
。
謝謝

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