5.4向心力 向心加速度（2）探究向心力大小与半径、角速度和质量的关系-课件-2021-2022学年高一下学期物理沪科版（2020）必修第二册

第五章 曲线运动 第四节 向心力&向心加速度 （2） 探究向心力大小与半径、角速度和质量的关系 链球运动 v F 通过之前的课程我们已经知道。 物体想要保持匀速圆周运动，则必须受到一个大小恒定不变，方向始终指向圆心且与速度垂直的向心力的作用。 大家猜想看看向心力的大小跟哪些因素有关？ m r ω v r θ …… 向心力 F 的大小与多个物理量有关，本实验采用控制变量法进行探究。 分别探究： （1）ω 与 m 一定时，F 与 r 的关系。 （2）r 与 m 一定时，F 与 ω 的关系。 （3）r 与 ω 一定时，F 与 m 的关系。 实验原理 向心力实验装置 实验器材 底座 力传感器 连接装置 挡光柱 悬臂 砝码 光电门传感器 向心力实验装置 实验器材 ω F向 显示力 还涉及的原理： 牛顿第三定律 光电门测速 无线式向心力实验装置 实验器材 电动机控制器 电动机控制器 悬臂 无线力传感器 砝码 无线光电门传感器 水平连杆 挡光片 还涉及的原理与有线装置类似 但是由电机控制旋转可以使旋转更加平稳，结果更加精确 实验装置中，力传感器测出的对连杆的拉力大小等于砝码受到的向心力大小；砝码的运动半径可由连杆上的刻度读出；测出光电门传感器通过挡光片的时间，由此计算光电门传感器的瞬时速度，结合运动半径可得到悬臂旋转的角速度，即砝码的角速度。 本实验采用作图的方法分析数据，得到物理量间的函数关系。 实验步骤 实验一 实验步骤 （挡光宽度）、挡光杆到旋臂轴心的距离、（已经填写）、第一次实验时砝码的运动半径r（砝码重心到旋臂轴心的距离）和砝码质量m输入表格相应位置。 点击“开始记录”，保持旋臂静止不动，对传感器进行软件“调零”。拨动旋臂使之做圆周运动，挡光杆每次通过光电门传感器，系统自动记录下砝码的向心力值F并计算出此时的角速度ω。随着旋臂转速逐渐减慢，软件窗口上方的坐标系内将显示自右上方至左下方分布的一组F-ω数据点。 点击“停止记录”，分别点击“一次拟合”、“二次拟合”。 实验一 实验步骤 观察可见，二次拟合图线与数据点的分布非常接近，可推断F-ω之间是二次方关系。点击“F-ω2图像”，对数据点进行“一次拟合”，得到拟合曲线，观察曲线后可推断F-ω2之间是正比例关系。 实验二 实验步骤 保留实验一的数据，保持砝码的质量不变，改变其运动半径，重复实验，得出几组F-ω数据点。对