第四章 实验6 探究向心力大小与半径、角速度和质量的关系（Word教参）-【优化指导】2024高考物理一轮复习高中总复习·第1轮（单选版 新教材 新高考）

实验❻　探究向心力大小与半径、角速度和质量的关系 一、实验器材 向心力演示器 二、实验操作 1．探究F与ω的关系 把两个质量相同的小球放在长槽和短槽上，使它们的转动半径相同。调整塔轮上的皮带，使两个小球的角速度不一样，记录实验数据。 2．探究F与r的关系 保持两个小球质量不变，增大长槽上小球的转动半径。调整塔轮上的皮带，使两个小球的角速度相同，记录实验数据。 3．探究F与m的关系 换成质量不同的球，分别使两球的转动半径相同。调整塔轮上的皮带，使两个小球的角速度也相同，记录实验数据。 三、数据记录及分析 1．分别作出F向ω2、F向r、F向m的图像。 2．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。 考点一 教材原型实验(物理观念、科学探究) 【典例1】(2022·江苏连云港模拟)用如图所示的实验装置进行“探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系”的实验。 (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)图甲的情景正在探究的是 。 A．向心力的大小与半径的关系 B．向心力的大小与线速度的关系 C．向心力的大小与角速度的关系 D．向心力的大小与物体质量的关系 (3)图丙为图乙的俯视图。图中A、B槽分别与a、b轮同轴固定，且a、b轮半径相同。当a、b两轮在皮带的带动下匀速转动，则两槽转动的角速度ωA ωB。(选填“>”“＝”或“<”)。 (4)现有两质量相同的钢球，①球放在A槽的边缘，②球放在B槽的边缘，它们到各自转轴的距离之比为2∶1，情景为图乙和图丙所示。则钢球①、②的线速度之比为 。 答案：(1)A　(2)D　(3) ＝　(4)2∶1 解析：(1)在这个装置中，控制小球转动的半径和角速度不变，只改变小球质量，来研究向心力大小与小球质量之间的关系，故采用的科学方法是控制变量法，A正确。 (2)控制小球转动的半径、角速度不变，只改变小球质量，研究的是向心力大小与小球质量之间的关系，D正确。 (3)因两轮a、b转动的角速度相同，而两槽的角速度与两轮的角速度相同，故两槽转动的角速度相等，即ωA＝ωB。 (4)钢球①、②的角速度相同，半径之比为2∶1，则根据v＝ωr可知，线速度之比为2∶1。 考点二 实验的拓展与创新(科学探究、科学思维) 【典例2】(2022·北京东城模拟)图甲为探究向心力跟质量、半径、角速度关系的实验装置，金属块放置在转台上，电动机带动转台做圆周运动，改变电动机的电压，可以改变转台的转速，光电计时器可以记录转台每转一圈的时间，金属块被约束在转台的凹槽中，只能沿半径方向移动，且跟转台之间的摩擦力很小可以忽略。 (1)某同学为了探究向心力跟角速度的关系，需要控制 和 两个变量保持不变。改变转台的转速，对应每个转速由 读出金属块受到的拉力，由光电计时器读出转动的周期T，计算出转动的角速度ω＝ 。 (2)上述实验中，该同学多次改变转速后，记录一组力与对应周期数据，他用图像法来处理数据，结果画出了如图乙所示的图像，图线是一条过原点的直线，请你分析他的图像横坐标x表示的物理量是 ，单位是 。 (3)为了验证向心力跟半径、质量的关系，还需要用到的实验器材有 和 。 答案：(1)金属块转动半径　金属块质量　力传感器　　(2)ω2　rad2/s2　(3)刻度尺　天平 解析：(1)为了探究向心力跟角速度的关系，需要控制金属块转动半径和金属块质量两个变量保持不变。金属块的拉力可由力传感器直接测量，根据题意知ω＝。 (2)由向心力公式F＝mω2r可得，保持m和r不变，力F与ω2成正比，Fω2图线为过原点的一条倾斜直线，所以横坐标表示的物理量是ω2，单位是rad2/s2。 (3)还需要用到天平测量金属块的质量，刻度尺测量不同转速下金属块转动的半径。 1．(2022·山东青岛二模)用如图所示的装置来探究小球做圆周运动所需向心力的大小F与其质量m、角速度ω和轨迹半径r之间的关系。两个变速塔轮通过皮带连接，转动手柄使长槽和短槽分别随变速塔轮匀速转动，槽内的小球就做匀速圆周运动。 (1)在研究小球所受向心力的大小F与其质量m的关系时，要保持 相同。 A．ω和r　　　　　　　 B．ω和m C．m和r D．m和F (2)若图中两个小球的质量和轨迹半径相同，则是在研究F与 的关系。 A．m