第4章 第6讲 实验：探究影响向心力大小的因素（Word教参）-【创新方案】2024高考物理一轮复习（新教材 新高考 江苏专版）

86 / 116 第六讲　实验：探究影响向心力大小的因素(基础实验) 一、理清原理与操作 原理装置图 (1)利用变速塔轮可改变小球的转动角速度。 (2)利用长槽和短槽可改变小球的转动半径。 (3)利用测力套筒可显示向心力的大小。 操作要领 向心力演示器如上图所示。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分别以几种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6的挡板对小球的压力提供，球对挡板的反作用力通过横臂的杠杆使弹簧测力套筒7下降，从而露出标尺8，标尺8上露出的红白相间等分格子的多少可以显示出两个球所受向心力的大小。 (1)皮带套在塔轮2、3的不同半径的圆盘上，小球质量相同、转动半径相同时，可以探究向心力与角速度的关系。 (2)皮带套在塔轮2、3半径相同的圆盘上，小球转动角速度和质量相同时，可以探究向心力与转动半径的关系。 (3)皮带套在塔轮2、3半径相同的圆盘上，小球转动半径和转动角速度相同时，可以探究向心力与小球质量的关系。 二、掌握数据处理方法 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)在小球质量和做圆周运动的半径一定的情况下，向心力的大小与角速度的平方成正比。 (2)在小球质量和角速度一定的情况下，向心力的大小与做圆周运动的半径成正比。 (3)在小球做圆周运动的半径和角速度一定的情况下，向心力的大小与质量成正比。 三、强化重点环节和关键能力 1．定性感知实验中，轻小球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套筒上标尺的格数。达到预定格数时，保持转速均匀恒定。 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，使纸杯在水平面内做圆周运动，来感受向心力。 (1)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)如图甲所示，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用手表计时，另一位同学操作，其余同学记录实验数据： 操作一：手握绳结点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：手握绳结点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：手握绳结点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：手握绳结点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、转动半径相同，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，绳对手的拉力将增大，故C错误，D正确。 (2)①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、转动半径相同，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、转动半径相同，向心力大小与质量有关。 ②物理学中此种实验方法叫控制变量法。 ③说法不对。该同学受力分析的对象是自己的手，我们实验时受力分析的对象是水杯，细绳的拉力提供水杯做圆周运动的向心力指向