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(共14张PPT)
第四章 曲线运动
2025年高考物理一轮基础知识复习
教材实验6
探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系
1.实验目的
探究向心力与质量、半径、角速度的关系.
2.实验原理
向心力演示器
当转动手柄1时,变速塔轮2和3就随之转动,放在长槽4和短槽5中的球 和 都随之做圆周运动.球由于惯性而滚到横臂的两个短臂6挡板处,短臂挡板就推压球,向球提供了做圆周运动所需的向心力.由于杠杆作用,短臂向外时,长臂就压缩塔轮转轴上的测力部分的弹簧,使弹簧测力套筒7上方露出标尺8上的格数,便显示出了两球所需向心力之比.
3.实验器材
向心力演示器、质量不等的小球．
4.实验步骤
（1）分别将两个质量相等的小球放在实验仪器的两个小槽中，且小球到转轴（即圆心）距离相同即圆周运动半径相同．将皮带放置在适当位置使两转盘转动，记录不同角速度下的向心力大小（格数）．
（2）分别将两个质量相等的小球放在实验仪器的长槽和短槽两个小槽中，将皮带放置在适当位置使两转盘转动角速度相等、小球到转轴（即圆心）距离不同即圆周运动半径不等，记录不同半径的向心力大小（格数）．
（3）分别将两个质量不相等的小球放在实验仪器的两个小槽中，且小球到转轴（即圆心）距离相同即圆周运动半径相等，将皮带放置在适当位置使两转盘转动角速度相等，记录不同质量下的向心力大小（格数）．
5.数据处理
分别作出 、 、 的图像，分析向心力大小与角速度、半径、质
量之间的关系，并得出结论．
6.注意事项
（1）实验前应将横臂紧固,螺钉旋紧,以防球和其他部件飞出造成事故.
（2）实验时,不宜使标尺露出格数太多,以免由于球沿槽外移引起过大的误差.
（3）摇动手柄时,应使小球缓慢加速,速度增加均匀.
（4）皮带跟塔轮之间要拉紧.
某同学在“探究向心力大小的表达式”实验中，所用向心力演示器如图（a）所示。图（b）是演示器部分原理示意图，
其中皮带轮①、④的半径相同，轮②的半径是轮①的2倍，轮④的半径是轮⑤的2倍，两转臂上黑白格的长度相
等。、、 为三根固定在转臂上的挡板，可与转臂上做圆周运动的实验球产生挤压，从而为实验球提供向心
力，、到转轴的距离相等，到转轴的距离是 到转轴距离的2倍。图（a）中的标尺1和2可以显示出两球所受向
心力的大小关系。可供选择的实验球有：质量均为的球1和球2，质量为 的球3。
图（a）
图（b）
【实验原理】
（1）在研究向心力的大小与质量、角速度 和半径 之间的关系时，主要用到了物理学中的___。
C
A.理想实验法 B.等效替代法 C.控制变量法 D.微小量放大法
（2）实验中，可通过改变___来改变小球做圆周运动的半径；通过改变___来改变位于两转臂上的小球做圆周运动
的角速度之比。
A.小球在转臂上的位置
B.与皮带相连的塔轮
A
B
【实验操作】
（3）为探究向心力与小球质量的关系，实验时应用皮带将轮____和轮____相连，同时将球1和球3分别放在挡板__
（选填“”或“”）和挡板 处。
①
④
【解题思路】为探究向心力与小球质量的关系，应控制小球转动的角速度和半径相同，所以实验时应用皮带将轮
①和轮④相连，同时将球1和球3分别放在挡板和挡板 处。
（4）探究向心力与角速度的关系时，应选择小球______（填“1和2”或“1和3”），并将两小球放在挡板___（选填“
”或“”）和挡板 处。
1和2
【解题思路】探究向心力与角速度的关系时，应保持两小球的质量相等、做圆周运动的半径相等，所以应将小球1
和2放在挡板和 处。
【数据处理】
（5）若某次实验小球1、2分别位于挡板和挡板 处，皮带将轮②和轮④相连，标尺上显示出小球1、2所受向心力
之比为___。
D
A. B. C. D.
【解题思路】由题意知两小球的质量和运动半径均相等，因为轮②和轮④通过皮带连接，所以它们边缘线速度相
等，根据可知用皮带连接的轮②和轮④的角速度之比为，由 可知,1、2两球所受向心力之比为
，D正确。
【实验拓展与创新】
图（c）
（6）某同学用如图（c）所示装置做探究向心力大小与角速度关系的实验。水平直杆随竖直转轴一起转动，滑块套在水平直杆上，用细线将滑块与固定在竖直转轴上的力传感器连接，细线处于水平伸直状态，当滑块随水平直杆一起匀速转动时，拉力的大小可以通过力传感器测得，滑块转动的角速度可以通过角速度传感器测得，设最大静摩擦力等于滑动摩擦力。
图（d）
①滑块和角速度传感器的总质量为 ，保持滑块到竖直转轴
的距离不变，仅改变竖直转轴转动的快慢，记录多组力传感器
的示数及角速度传感器的示数 ，根据实验数据得到的
图像如图（d）所示，图像没有过坐标原点的原因是
________________，滑块到竖直转轴的距离为______ 。（计
算结果保留三位有效数字）
水平直杆不光滑
0.257
【解题思路】滑块转动过程中当角速度较小时，细线上的拉力
为零，此时只有静摩擦力提供向心力，即水平直杆不光滑，随
着角速度增大摩擦力逐渐增大，当摩擦力达到最大值时继续增
大转速细线上开始出现拉力，则有，可得，图像斜率 ，代入数据解得
；
②若去掉细线，仍保持滑块到竖直转轴的距离不变，则转轴转动的最大角速度为___ 。
5
【解题思路】当时，，由题图（d）可知，转轴转动的最大角速度为 ，解得
。
谢谢

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