第4章 实验6 探究向心力的大小与半径、角速度、质量的关系（word教参）-【正禾一本通】2024高考物理高三一轮总复习高效讲义（新教材新高考）

实验六　探究向心力的大小与半径、角速度、质量的关系 【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。 备考第1步——理清实验过程，注意实验事项 一、实验原理 采用控制变量法探究： 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。 二、实验器材 向心力演示器如图所示。 三、实验步骤 1．向心力的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进行实验。 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，槽内的小球也就随之做匀速圆周运动。这时，小球向外挤压挡板，挡板对小球的反作用力提供了小球做匀速圆周运动的向心力。同时，小球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的大小。 (1)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。注意向心力的大小与角速度的关系。 (2)保持两个小球的质量不变，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。注意向心力的大小与半径的关系。 (3)换成质量不同的小球，使两个小球的转动半径相同。调整塔轮上的皮带，使两个小球的角速度也相同。注意向心力的大小与质量的关系。 (4)重复几次以上实验。 [注意事项] ①实验前应将横臂紧固，螺钉旋紧，以防球和其他部件飞出造成事故。 ②实验时，不宜使标尺露出格数太多，以免由于球沿滑槽外移引起过大的误差。 ③摇动手柄时，应力求加速缓慢，速度均匀。 ④皮带跟塔轮之间要拉紧。 四、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。 备考第2步——研典题破重难，透析高考考法 层级1 基础实验过关 【典例引领】 【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的大小成正比 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，来研究向心力与质量之间的关系，故采用的实验方法是控制变量法，故选A。 (2)控制半径、角速度不变，只改变质量，来研究向心力与质量之间的关系，故选D。 (3)通过控制变量法，得到的结果是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)A　(2)D　(3)C 【跟踪训练】 1．图甲是某同学探究做圆周运动的物体所受向心力的大小与质量、轨道半径及线速度关系的实验装置。圆柱体放置在水平光滑圆盘上做匀速圆周运动。力传感器测量向心力F，速度传感器测量圆柱体的线速度v，该同学通过保持圆柱体的质量和运动半径不变，来探究向心力F与线速度v的关系。 (1)该同学采用的实验方法为________。 A．等效替代法 B．控制变量法 C．理想化模型法 D．微小量放大法 (2)改变线速度v，多次测量，该同学测出了五组F、v的数据，如下表所示： v/(m·s－1) 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 v2/(m2·s－2) 1.0 2.25 4.0 6.25 9.