第四章 实验六 探究向心力与半径、角速度和质量的关系-（讲义）【红对勾讲与练】2024版新高考物理大一轮复习全新方案

hh 实验六 探究向心力与半径、角速度和质量的关系   1.实验目的 探究向 心 力 大 小 与 半 径、角 速 度、质 量 的 关系。 2.实验方法 控制变量法 3.实验器材 向心力演示器 4.实验步骤 在实验过程中可以通过两个小球同时做圆周 运动对照,分别分析下列情形: (1)在质量、半径一定的情况下,探究向心力 大小与角速度的关系。 (2)在质量、角速度一定的情况下,探究向心 力大小与半径的关系。 (3)在半径、角速度一定的情况下,探究向心 力大小与质量的关系。 5.数据处理 分别作出Fn ω2、Fn r、Fn m 的图像,分 析向心力与角速度、半径、质量之间的关系, 并得出结论。 6.注意事项 摇动手柄时应力求缓慢加速,注意观察其中 一个标尺的格数。达到预定格数时,即保持 转速恒定,观察并记录其余读数。 7.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 实验基本操作 【例1】 在探究小球做圆周运动所需向心力的 大小F 与质量m、角速度ω 和半径r之间的 关系的实验中: (1)在探究向心力的大小F 与角速度ω 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)本实验采用的实验方法是 。 A.累积法 B.控制变量法 C.微元法 D.放大法 (3)甲同学在进行如图甲所示的实验,他是 在探究向心力的大小F 与 的关系。 可以得到的正确结果是 。 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 106 第四章 曲线运动 万有引力与宇宙航行 (4)乙同学把两小球都换为钢球,且质量相 等,如图乙所示,实验中观察到标尺上黑白 相间的等分格显示出两个小球所受向心力 之比为1︰4。由圆周运动知识可以判断与 皮带连接的变速塔轮相对应的半径之比为 。 % (1)标尺上红白相间等分格子的多少可以显示小球 所受向心力的大小,所以通过标尺上红白相间等分 格数,即可求得两个小球所受的向心力大小之比。 (2)实验中标尺可以保证小球做匀速圆周运动,使力 的读数(露出格子数)稳定。 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 考点二 数据处理和误差分析 【例2】 一物理兴趣小组利用学校实验室的数 字实验系统探究物体做圆周运动时向心力 与角速度、半径的关系。 (1)首先,他们让一砝码做半径r 为0.08 m 的圆周运动,数字实验系统通过测量和计算 得到若干组向心力F 和对应的角速度ω,如 下表。请你根据表中的数据在图甲上绘出 F ω 的关系图像。 实验序号 1 2 3 4 5 6 7 8 F/N 2.421.901.430.970.760.500.230.06 ω/(rad·s-1)28.825.722.018.015.913.08.5 4.3 (2)通过对图像的观察,兴趣小组的同学猜 测F 与ω2 成正比。你认为,可以通过进一 步转换,作出 关系图像来确定他们 的猜测是否正确。 (3)在证实了F∝ω2 之后,他们将砝码做圆 周运 动 的 半 径r 再 分 别 调 整 为0.04 m、 0.12 m,又得到了两条F ω 图像,他们将三 次实验得到的图像放在一个坐标系中,如图 乙所示。通过对三条图像的比较、分析、讨 论,他们得出F∝r的结论,你认为他们的依 据是 。 (4)通过上述实验,他们得出:做圆周运动的 物体受到的向心力F 与角速度ω、半径r的 数学关系式是F=kω2r,其中比例系数k 的 大小为 ,单位是 。 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋