2.实验 探究向心力大小与质量、角速度和半径之间的关系-【导与练】2022-2023学年新教材高中物理必修第二册同步全程学习全书word（教科版2019）

实验:探究向心力大小与质量、角速度和半径之间的关系 一、实验目的 1.学会使用向心力演示器。 2.探究向心力大小与质量、角速度和半径之间的关系。 二、实验原理 1.使两物体的质量、转动的半径相同,探究向心力的大小跟转动的角速度的定量关系。 2.使两物体的质量、转动的角速度相同,探究向心力的大小跟转动的半径的定量关系。 3.使两物体的转动半径、转动的角速度相同,探究向心力的大小跟物体质量的定量关系。 三、实验器材 一、实验步骤 1.向心力大小与哪些因素有关的定性分析 (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 转动手柄使长槽和短槽分别随变速轮塔匀速转动,槽内的球做匀速圆周运动。横臂的挡板对球的压力提供了向心力,球对挡板的反作用力通过横臂的杠杆作用使弹簧测力筒下降,从而露出标尺,标尺上的红白相间的等分格显示出两个球所受向心力的比值。 (1)把两个质量相同的小球分别放在长槽和短槽上,使它们的转动半径相同。调整轮塔上的皮带,使两个小球的角速度不一样。注意观察向心力的大小与角速度的关系。 (2)保持两个小球质量不变,增大长槽上小球的转动半径。调整轮塔上的皮带,使两个小球的角速度相同。注意观察向心力的大小与半径的关系。 (3)换成质量不同的球,使两球的转动半径相同。调整轮塔上的皮带,使两个小球的角速度也相同。注意观察向心力的大小与质量的关系。 (4)重复几次以上实验。 二、数据处理 1.把两个质量相同的小球分别放在长槽和短槽上,使它们的转动半径相同,调整轮塔上的皮带,使两个小球转动的角速度之比分别为1∶1,1∶2和1∶3,分别读出两球所需的向心力大小,将结果填入表1。 　　表1:m1=m2,r1=r2 F1/格 F2/格 2.把两个质量相同的小球分别放在长槽和短槽上,使半径之比为1∶1,2∶1和3∶1;调整轮塔上的皮带,使两个小球的角速度相同,分别读出两球所需的向心力大小,将结果填入表2。 　　表2:m1=m2,ω1=ω2 F1/格 F2/格 3.把两个质量不同的小球分别放在长槽和短槽上,使两球的转动半径相同,调整轮塔上的皮带,使两个小球的角速度相同,分别读出两球所需的向心力大小,将结果填入表3。 　　表3:r1=r2,ω1=ω2 F1/格 F2/格 4.分析与论证 (1)分析表1中 和 两列的值,发现F跟ω的二次方成正比。 (2)分析表2中 和 两列的值,发现F跟r成正比。 (3)分析表3中 和 两列的值,发现F跟m成正比。 5.实验结论:物体做匀速圆周运动所需向心力的大小跟物体的质量成正比,跟转动半径成正比,跟角速度的平方成正比。 三、实验误差 1.污渍、生锈等使小球质量、半径变化带来的误差。 2.仪器不水平带来的误差。 3.标尺读数不准带来的误差。 4.皮带打滑带来的误差。 四、注意事项 1.定性分析实验中,轻小物体受到的重力与拉力相比可忽略。 2.使用向心力演示器时应注意: (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,立即保持转速均匀恒定。 类型一　实验原理与操作 [例1] 用如图所示的装置可以探究做匀速圆周运动的物体需要的向心力的大小与哪些因素有关。 (1)本实验采用的科学方法是　　　　。  A.控制变量法 B.累积法 C.微元法 D.放大法 (2)图示情景正在探究的是　　　　。  A.向心力的大小与半径的关系 B.向心力的大小与线速度大小的关系 C.向心力的大小与角速度大小的关系 D.向心力的大小与物体质量的关系 (3)通过本实验可以得到的结果是　　　　。  A.在质量和半径一定的情况下,向心力的大小与角速度成正比 B.在质量和半径一定的情况下,向心力的大小与线速度的大小成正比 C.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 D.在质量和角速度一定的情况下,向心力的大小与半径成反比 解析:(1)在这个装置中,控制半径、角速度不变,只改变质量,来探究向心力的大小与质量之间的关系,采用的是控制变量法,故选A。 (2)控制半径、角速度不变,只改变质量,来探究向心力的大小与质量之间的关系,故选D。 (3)通过控制变量法,得到的结果为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,故选C。 答案:(1)