必修 实验六 探究向心力的大小的表达式-2022高考理化生必备实验图表（必修+选择性必修）

物 理 实验六 探究向心力的大小的表达式 实 验 目 的 1. 定性感知向心力的大小与哪些因素有关 。 2． 学会使用向心力演示器 。 3． 探究向心力与质量 、 角速度 、 半径的定量关系 。 实 验 原 理 如图 1 （ a ） 所示 ， 绳子的一端拴一个小沙袋 （ 或其他小 物体 ）， 将手举过头顶 ， 使沙袋在水平面内做匀速圆周运动 ， 此时沙袋所受的向心力近似等于绳对沙袋的拉力 。 实 验 器 材 沙袋 、 细绳 。 实 验 步 骤 在离小沙袋重心 40 cm 的地方打一个绳结 A ， 在离小沙袋重心 80 cm 的地方打另一个绳结 B 。 同学甲看手表计 时 ， 同学乙按下列步骤操作 ： 1． 手握绳结 A ， 如图 （ b ） 所示 ， 使沙袋在水平面内做匀速圆周运动 ， 每秒转动 1 周 ， 体会此时绳子拉力的大 小 。 2． 手仍然握绳结 A ， 但使沙袋在水平面内每秒转动 2 周 ， 体会此时绳子拉力的大小 。 3． 改为手握绳结 B ， 使沙袋在水平面内每秒转动 1 周 ， 体会此时绳子拉力的大小 。 4． 手握绳结 A ， 换用质量较大的沙袋 ， 使沙袋在水平面内每秒转动 1 周 ， 体会此时绳子拉力的大小 。 数 据 处 理 1. 通过操作一和二 ， 比较在半径 、 质量相同的情况下 ， 向心力大小与角速度的关系 。 2． 通过操作一和三 ， 比较在质量 、 角速度相同的情况下 ， 向心力大小与半径的关系 。 3． 通过操作一和四 ， 比较在半径 、 角速度相同的情况下 ， 向心力大小与质量的关系 。 4． 实验结论 ： 半径越大 ， 角速度越大 ， 质量越大 ， 向心力越大 。 探究方案一 用绳和沙袋定性研究 图 1 （ b ）（ a ） 实 验 原 理 向心力演示器如图 2 所示 ， 匀速转动手柄 1 ， 可使变速塔轮 2 和 3 以及长 槽 4 和短槽 5 随之匀速转动 。 皮带分别套在塔轮 2 和 3 上的不同圆盘上 ， 可使 两个槽内的小球分别以几种不同的角速度做匀速圆周运动 。 小球做圆周运动的 向心力由横臂 6 的挡板对小球的压力提供 ， 球对挡板的反作用力 ， 通过横臂的 杠杆使弹簧测力套筒 7 下降 ， 从而露出标尺 8 ， 根据标尺 8 上露出的红白相间 等分标记 ， 可以粗略计算出两个球所受向心力的比值 。 实 验 器 材 向心力演示器 。 探究方案二 用向心力演示器定量探究 A B r 1 2 3 4 5 6 7 8 图 2 19 高中理化生必备实验图表 GAOZHONG LIHUASHENG BIBEI SHIYAN TUBIAO 典型例题 例 1 如图甲所示 ， 某实验小组探究影响向心力大小的因素 ， 用细绳系一纸杯 （ 杯中有 30 mL 的水 ）， 将手举过头顶 ， 使杯在水平面内做圆周运动 。 （ 1 ） 下列说法中正确的是 。 A. 保持质量 、 绳长不变 ， 增大转速 ， 绳对手的拉力将不变 B. 保持质量 、 绳长不变 ， 增大转速 ， 绳对手的拉力将增大 C. 保持质量 、 角速度不变 ， 增大绳长 ， 绳对手的拉力将不变 D. 保持质量 、 角速度不变 ， 增大绳长 ， 绳对手的拉力将增大 （ 2 ） 如图乙 ， 绳离杯心 40 cm 处打一结点 A ， 80 cm 处打一结点 B ， 学习小组中一位同学手表计时 ， 另一位同学操作 。 操作一 ： 手握绳结 A ， 使杯在水平面内每秒运动 1 周 ， 体会向心力的大小 。 要点提示 1. 定性感知实验中 ， 沙袋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 ， 以防止小球和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 ， 即保持转速均匀恒定 。 实 验 步 骤 1. 皮带套在塔轮 2 、 3 半径相同的圆盘上 ， 小球转动半径和转动角速度相同时 ， 探究向心力与小球质量的关系 。 2． 皮带套在塔轮 2 、 3 半径相同的圆盘上 ， 小球转动角速度和质量相同时 ， 探究向心力与转动半径的关系 。 3． 皮带套在塔轮 2 、 3 半径不同的圆盘上 ， 小球质量和转动半径相同时 ， 探究向心力与角速度的关系 。 4． 重复几次以上实验 ， 设计数据记录表格 ， 并将实验数据记录到表格中 （ 表一 、 表二 、 表三 ）。 （ 1 ） m 、 r 一定 （ 表一 ） （ 2 ） m 、 ω 一定 （ 表二 ） （ 3 ） r 、 ω 一定 （ 表三 ） 数 据 处 理 1. 分别作出 F n －ω 、 F n －r 、 F n －m 的图像 ， 若 F n －ω 图像不是直线 ， 可