第4章 实验6 探究向心力F的大小与质量m、角速度ω和半径r之间的关系-【优化探究】2024高考物理一轮复习高考总复习配套教参（教科版 新教材 新高考）

实验六　探究向心力F的大小与质量m、角速度ω和半径r之间的关系 授课提示：对应学生用书第103页 1．实验目的 (1)学会使用向心力演示器。 (2)探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系。 2．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。 3．实验器材：向心力演示器 4．实验步骤 (1)向心力大小与哪些因素有关的定性感知。 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。 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，挡板对小球的压力提供了小球做匀速圆周运动的向心力。同时，球对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，探究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，调整塔轮上的皮带，使两个小球的角速度相同，探究向心力的大小与半径的关系。 ③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，探究向心力的大小与质量的关系。 ④重复几次以上实验。 1．数据处理 (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，将结果填入表一。 表一：m1＝m2，r1＝r2。 实验次数 F1/格 F2/格 1 2 3 (2)把两个质量相同的小球放在长槽和短槽上，使半径之比为 2∶1；调整塔轮上的皮带，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，将结果填入表二。 表二：m1＝m2，ω1＝ω2。 F1/格 F2/格 (3)把两个质量不同的小球放在长槽和短槽上，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相同，分别读出两球所需的向心力大小，将结果填入表三。 表三：r1＝r2，ω1＝ω2。 F1/格 F2/格 2.分析与论证 (1)分析表一中和两列的值，发现F跟ω的二次方成正比。 (2)分析表二中和两列的值，发现F跟r成正比。 (3)分析表三中和两列的值，发现F跟m成正比。 3．实验结论 物体做圆周运动需要的向心力跟物体的质量成正比，跟半径成正比，跟角速度的平方成正比。 4.注意事项 (1)定性感知实验中，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，即保持转速均匀恒定。 授课提示：对应学生用书第104页 命题点一　教材原型实验 角度1　实验原理与操作 典例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论是________。 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)探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系，要采用控制变量法探究，故A正确。 (2)