实验6：探究向心力大小与半径、角速度和质量的关系[5年58卷1考]--【实验攻略】备战2024年高考物理必考实验讲练

实验6：探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系【5年58卷1考】 类型 角度 考查要素 考查内容 教材实验：探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系 向心力演示器(2023.1浙江16题) 实验方法 实验方法的判断 数据处理 分析、计算两小球所受向心力比值 总结： (1)类型角度：结合向心力演示器进行探究影响向心力大小的因素，可能会结合其他创新装置进行探究。 (2) 问题特点：判断探究实验的方法；通过数据处理，计算两球间向心力的比例关系 考点1 基本实验要求 1． 实验目的 （1）学会使用向心力演示器； （2）通过实验探究向心力与半径、角速度、质量的关系。 2．实验仪器 向心力演示器(如图)，三个金属球(半径相同，其中两个为质量相同的钢球，另一个为质量是钢球一半的铝球)。 3. 实验原理 如图所示，匀速转动手柄1，可以使变速塔轮2和3以及长槽4和短槽5随之匀速转动，槽内的小球也随着做匀速圆周运动。使小球做匀速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，通过横臂的杠杆作用使弹簧测力套筒7下降，从而露出标尺8。根据标尺8上露出的红白相间等分标记，可以粗略计算出两个球所受向心力的比值。 4． 实验步骤 （1）调整标尺，使两根标尺起点和套筒上口处于同一水平面上，皮带放在第一挡，转速为1∶1的皮带盘处，质量相同的两钢球分别放在两个槽上半径相等的横臂挡板内侧，然后摇动手柄，观察到标尺读数始终相等。 （2）将长槽上钢球由第一挡板内侧移至第二挡板内侧，此时两个质量相同的钢球转动半径之比为2∶1，转动手柄，观察到标尺格数之比为2∶1。 （3）将长槽上的钢球换成铝球，并移至第一挡板内侧，两个金属球质量比为1∶2，转动手柄，观察到标尺格数之比为1∶2。 （4）把皮带放在第二挡，转速之比为2∶1，将长槽上铝球换成钢球，转动手柄，两球角速度之比为2∶1，观察到标尺格数之比为4∶1。 （5）将皮带放在第三挡，转速之比为3∶1，转动手柄，两球角速度之比为3∶1，观察到标尺格数之比为9∶1。 5．实验结论 由步骤(1)及其结果可知，半径、角速度、质量相同时，向心力大小相同； 由步骤(2)及其结果可知，角速度、质量相同时，向心力与半径成正比； 由步骤(3)及其结果可知，半径、角速度相同时，向心力与质量成正比； 由步骤(4)(5)及其结果可知，半径、质量相同时，向心力与角速度的平方成正比。 由以上可推知：Fn＝mω2r。 9.实验拓展, 由v＝ωr可知，Fn＝m，故也可以探究Fn与v、m、r的关系，实验方法和思路不变。 考点2 数据处理及误差分析 1. 实验数据处理 （1）表格法 ①m、r一定 实验次数 F1/格 F2/格 1 2 3 ②m、ω一定 实验次数 F1/格 F2/格 1 2 3 ③r、ω一定 实验次数 F1/格 F2/格 1 2 3 （2）图像法 分别作出Fn­ω2、Fn­r、Fn­m的图像。 2.实验误差 (1)污渍、生锈等使小球质量半径变化，带来的误差。 (2)仪器不水平带来的误差。 (3)标尺读数不准带来的误差。 (4)皮带打滑带来的误差。 3．注意事项 (1)实验前要做好横臂支架安全检查，检查螺钉是否有松动，保持仪器水平。 (2)实验时转速应从慢到快，且转速不宜过快，以免损坏测力计弹簧。 (3)注意防止皮带打滑，尽可能保证ω比值不变。 (4)注意仪器的保养，延长仪器使用寿命，并提高实验可信度。 4.实验研究方法：控制变量法, 影响向心力大小的因素比较多，应采用控制变量法进行研究。在让某个因素如半径变化的同时，控制其他因素如质量和角速度不变，便于找出这个因素影响向心力大小变化的规律。然后依次分别研究其他的影响因素。 A. 高考真题感知 1．（2023·浙江·高考真题）“探究向心力大小的表达式”实验装置如图所示。 ①采用的实验方法是 A．控制变量法　　B．等效法　　C．模拟法 ②在小球质量和转动半径相同的情况下，逐渐加速转动手柄到一定速度后保持匀速转动。此时左右标尺露出的红白相间等分标记的比值等于两小球的 之比（选填“线速度大小”、“角速度平方”或“周期平方”）；在加速转动手柄过程中，左右标尺露出红白相间等分标记的比值 （选填“不变”、“变大”或“变小”）。 B. 限时针对训练 1．（2023·浙江台州·统考模拟预测）（1）如图所示是探究向心力的大小F与质量m、角速度ω和半径r之间的关系的实验装置。 ①下列实验的实验方法与本实验相