第四章 实验六 探究向心力的大小与半径、角速度、质量的关系-2023高考物理艺考生文化课百日冲关教师用书word（新教材，人教版）

实验六　探究向心力的大小与半径、角速度、质量的关系 ◆ 数据处理 1．m，r一定时，作出F向－ω2的图像 2．m，ω一定时，作出F向－r的图像 3．r，ω一定时，作出F向－m的图像 ◆ 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． ◆ 注意事项 1．定性感知实验中，轻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，以防小球和其他部件飞出而造成的事故． (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． 影响向心力大小因素的定性分析 [典例1]　如图所示，同学们分小组探究影响向心力大小的因素．同学们用细绳系一纸杯(杯中有30 mL的水)在空中甩动，使杯在水平面内做圆周运动，来感受向心力． (1)则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)如图甲，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记时，另一位同学操作，其余同学记录实验数据： 操作一：手握绳结A，使杯在水平方向每秒运动一周，体会向心力的大小． 操作二：手握绳结B，使杯在水平方向每秒运动一周，体会向心力的大小． 操作三：手握绳结A，使杯在水平方向每秒运动二周，体会向心力的大小． 操作四：手握绳结A，再向杯中添加30 mL的水，使杯在水平方向每秒运动一周，体会向心力的大小．则：①操作二与一相比较：质量、角速度相同，向心力的大小与转动半径大小有关； 操作三与一相比较：质量、半径相同，向心力的大小与角速度的大小有关； 操作四与一相比较：　______　相同，向心力大小与　________　有关； ②物理学中此种实验方法叫　________　法． ③小组总结阶段，在空中甩动，使杯在水平面内做圆周运动的同学谈感受时说：“感觉手腕发酸，感觉力的方向不是指向圆心的向心力而是背离圆心的离心力，跟书上说的不一样”你认为该同学的说法是否正确，为什么？ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ [解析]　(1)由题意，根据向心力公式，F向＝mω2r，由牛顿第二定律，则有T拉＝mω2r；保持质量、绳长不变，增大转速，根据公式可知，绳对手的拉力将增大，故A错误，B正确；保持质量、角速度不变，增大绳长，据公式可知，绳对手的拉力将变大，故C错误，D正确． (2)根据向心力公式F向＝mω2r，由牛顿第二定律，则有T拉＝mω2r； 操作二与一相比较：质量、角速度相同，向心力的大小与转动半径大小有关； 操作三与一相比较：质量、半径相同，向心力的大小与角速度的大小有关； 操作四与一相比较：角速度、半径相同，向心力大小与质量有关；物理学中这种实验方法叫控制变量法．该同学受力分析的对象是自己的手，我们实验受力分析的是纸杯，细绳的拉力提供纸杯(包括水)做圆周运动的向心力，指向圆心，细绳对手的拉力与“向心力”大小相等，方向相反，背离圆心． [答案] 　(1)BD　(2)①线速度(角速度)、半径　质量 ②控制变量　③说法不对，该同学受力分析的对象是自己的手．我们实验受力分析的对象是水杯，细线的拉力提供水杯做圆周运动的向心力指向圆心．细线对手的拉力与向心力大小相等，方向相反，背离圆心 影响向心力大小因素的定量分析 [典例2]　如图所示是探究向心力的大小F与质量m、角速度ω和半径r之间的关系的实验装置图，转动手柄1，可使变速轮塔2和3以及长槽4和短槽5随之匀速转动．皮带分别套在轮塔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