第四章 实验六 探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系-(教参 练习）2023高考物理一轮复习【高考前沿】

实验六　探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系 一、实验目的 1．定性感知向心力的大小与什么因素有关． 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． 二、实验原理 1．探究方法：控制变量法． 2．定性感知实验设计思路 如图所示，细线穿在圆珠笔的杆中，一端拴住小物体，另一端用一只手牵住，另一只手抓住圆珠笔杆并用力转动，使小物体做圆周运动，可近似地认为作用在小物体上的细线的拉力提供了小物体做圆周运动所需的向心力，而细线的拉力可用牵住细线的手的感觉来判断． 3．定量分析实验设计思路 (1)控制小物体质量和做圆周运动的半径不变，探究向心力与角速度的关系． (2)控制小物体质量和角速度不变，探究向心力与半径的关系． (3)控制小物体做圆周运动的半径和角速度不变，探究向心力与质量的关系． 三、实验器材 质量不同的小物体若干、空心圆珠笔杆、细线(长约60 cm)． 向心力演示器． 四、实验步骤 1．向心力大小与哪些因素有关的定性感知 (1)在小物体的质量和角速度不变的条件下，改变小物体做圆周运动的半径进行实验． (2)在小物体的质量和做圆周运动的半径不变的条件下，改变小物体的角速度进行实验． (3)换用不同质量的小物体，在角速度和做圆周运动的半径不变的条件下，重复上述操作． 2．向心力与质量、角速度、半径关系的定量分析 匀速转动手柄，可以使塔轮、长槽和短槽匀速转动，槽内的小物体也就随之做匀速圆周运动．这时，小物体向外挤压挡板，挡板对小物体的反作用力提供了小物体做匀速圆周运动的向心力．同时，小物体压挡板的力使挡板另一端压缩弹簧测力套筒里的弹簧，弹簧的压缩量可以从标尺上读出，该读数显示了向心力大小． (1)把两个质量相同的小物体放在长槽和短槽上，使它们的转动半径相同．调整塔轮上的皮带，使两个小物体的角速度不一样．注意向心力的大小与角速度的关系． (2)保持两个小物体质量不变，增大长槽上小物体的转动半径．调整塔轮上的皮带，使两个小物体的角速度相同．注意向心力的大小与半径的关系． (3)换成质量不同的物体，分别使两物体的转动半径相同．调整塔轮上的皮带，使两个小物体的角速度也相同．注意向心力的大小与质量的关系． (4)重复几次以上实验． 五、实验记录与数据处理 1．m、r一定 序号 1 2 3 4 5 6 F向 ω ω2 2．m、ω一定 序号 1 2 3 4 5 6 F向 r 3．r、ω一定 序号 1 2 3 4 5 6 F向 m 4．分别作出F向­ω2、F向­r、F向­ m的图像． 5．实验结论 (1)在质量和半径一定的情况下，向心力的大小与角速度的平方成正比． (2)在质量和角速度一定的情况下，向心力的大小与半径成正比． (3)在半径和角速度一定的情况下，向心力的大小与质量成正比． 六、注意事项 1．定性感知实验中，小物体受到的重力与拉力相比可忽略． 2．使用向心力演示仪时应注意 (1)将横臂紧固螺钉旋紧，以防小物体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． [例1]　探究向心力的大小F与质量m、角速度ω和半径r之间的关系的实验装置如图所示，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6、7分别以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8的挡板对小球的压力提供，球对挡板的反作用力，通过横臂8的杠杆作用使弹簧测力套筒9下降，从而露出标尺10，标尺10上露出的红白相间的等分格显示出两个球所受向心力的比值．那么： (1)现将两小球分别放在两边的槽内，为了探究小球受到的向心力大小和角速度的关系，下列说法正确的是________． A．在小球运动半径相等的情况下，用质量相同的小球做实验 B．在小球运动半径相等的情况下，用质量不同的小球做实验 C．在小球运动半径不等的情况下，用质量不同的小球做实验 D．在小球运动半径不等的情况下，用质量相同的小球做实验 (2)当用两个质量相等的小球做实验，且左边小球的轨道半径为右边小球的2倍时，转动时发现右边标尺上露出的红白相间的等分格数为左边的2倍，那么，左边塔轮与右边塔轮之间的角速度之比为________． [解析]　(1)要研究小球受到的向心力大小与角速度的关系，需控制小球的质量和运动半径不变，所以选项A正确，选项B、C、D错误． (2)线速度相等，则角速度与半径成反比，故可以知道左边塔轮与右