6.6 实验：探究向心力的大小 【帮课堂】2023-2024学年高一物理 同步学与练（ 人教版2019必修第二册）

6.6 实验：探究向心力的大小 ( 学习目标 ) 课程标准 学习目标 通过实验，探究并了解匀速圆周运动向心力大小与半径、角速度、质量的关系。 1、理解实验原理 2、掌握实验步骤 3、会进行数据处理 4、会进行误差分析 ( 0 2 预习导学 ) （1） 课前研读课本，梳理基础知识： 一、实验仪器 向心力演示器 二、实验思路 采用控制变量法 (1)在小球的质量和角速度不变的条件下，改变小球做圆周运动的 。 (2)在小球的质量和圆周运动的半径不变的条件下，改变小球的 。 (3)换用 质量的小球，在角速度和半径不变的条件下，重复上述操作。 三、数据处理：分别作出Fn－ 、Fn－r、Fn－m的图像。 四、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 。 (2)在质量和角速度一定的情况下，向心力的大小与半径成 。 (3)在半径和角速度一定的情况下，向心力的大小与质量成 。 （二）即时练习： 【小试牛刀1】用如图所示的向心力演示器探究向心力大小的表达式．匀速转动手柄，可以使变速塔轮以及长槽和短槽随之匀速转动，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下降，从而露出标尺． (1)为了探究向心力大小与物体质量的关系，可以采用______________________(选填“等效替代法”“控制变量法”或“理想模型法”). (2)根据标尺上露出的等分标记，可以粗略计算出两个球做圆周运动所需的向心力大小之比；为研究向心力大小跟转速的关系，应比较表中的第1组和第________组数据． 组数 小球的 质量m/g 转动半径 r/cm 转速n/(r·s－1) 1 14.0 15.00 1 2 28.0 15.00 1 3 14.0 15.00 2 4 14.0 30.00 1 (3)本实验中产生误差的原因有__________________________．(写出一条即可) 【小试牛刀2】如图所示为向心力演示装置，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(即挡板A、B、C)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做圆周运动所需的向心力的比值．利用此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．已知小球在挡板A、B、C处做圆周运动的轨迹半径之比为1∶2∶1. (1)要探究向心力与轨道半径的关系时，把皮带套在左、右两个塔轮的半径相同的位置，把两个质量________(选填“相同”或“不同”)的小球放置在挡板________和挡板________位置(选填“A”“B”或“C”)． (2)把两个质量不同的小球分别放在挡板A和C位置，皮带套在左、右两个塔轮的半径之比为1∶2，则放在挡板A处的小球与C处的小球角速度大小之比为________． (3)把两个质量相同的小球分别放在挡板B和C位置，皮带套在左、右两边塔轮的半径之比为3∶1，则转动时左、右标尺上露出的红白相间的等分格数之比为________． 【小试牛刀3】在“用圆锥摆验证向心力的表达式”实验中，如图所示，悬点刚好与一个竖直的刻度尺零刻度线对齐。将画着几个同心圆的白纸置于水平桌面上，使钢球静止时刚好位于圆心。用手带动钢球，设法使它刚好沿纸上某个半径为的圆周运动，钢球的质量为，重力加速度为。 用秒表记录运动圈的总时间为，那么小球做圆周运动中需要的向心力表达式为 ______ 。 通过刻度尺测得小球轨道平面距悬点的高度为，那么小球做圆周运动中外力提供的向心力表达式为 ______ 。 ( 0 3 题型精讲 ) 【题型一】基础考法 【典型例题1】如图所示，同学们分小组探究影响向心力大小的因素。同学们用细绳系一个小沙袋在空气中甩动，使小沙袋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，绳上离小沙袋重心40 cm处打一个绳结A, 80 cm处打一个绳结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A，使小沙袋在水平方向每秒运动1周，体