2023版新教材高考物理一轮复习 第四章 曲线运动 万有引力与航天 实验六 探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系学生用书.docx

实验六探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系

【必备知识·自主排查】
装置图与思路操作要领
思路：(1)定性感知向心力的大小与什么因素有关．
(2)用控制变量法探究向心力与质量、角速度、半径的定量关系．(1)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)定量分析
①保持ω和r相同，研究小球做圆周运动所需向心力F与质量m之间的关系(如图所示)，记录实验数据．
②保持m和r相同，研究小球做圆周运动所需向心力F与角速度ω之间的关系(如图所示)，记录实验数据．
③保持ω和m相同．研究小球做圆周运动所需向心力F与半径r之间的关系(如图所示)，记录实验数据．1.分别作出F向-ω2、F向-r、F向-m的图像．
2．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．
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)使用向心力演示仪时应注意：
①实验前应将横臂紧固，螺钉旋紧，以防球和其他部件飞出造成事故．
②实验时，不宜使标尺露出格数太多，以免由于球沿滑槽外移引起过大的误差．
③摇动手柄时，应力求转速缓慢均匀增加．
④皮带跟塔轮之间要拉紧．

【关键能力·分层突破】
考点一教材原型实验
例1[2021·北京市海淀区中关村中学高三三模]在探究小球做圆周运动所需向心力的大小Fn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Fn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Fn
(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，他是在研究向心力的大小Fn与________的关系．可以得到的正确结果是____________________________________________________________．

(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红白相间的等分格显示出两个小球所受向心力的比值为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________．

【跟进训练】
1.[2022·广东江门模拟]某同学用如图所示的装置做探究向心力大小与角速度大小的关系的实验．装置中水平光滑直杆随竖直转轴一起转动，一个滑块套在水平光滑杆上，用细线将滑块与固定在竖直转轴上的力传感器连接，细绳处于水平伸直状态，当滑块随水平杆一起匀速转动时，细线的拉力就是滑块做圆周运动需要的向心力．拉力的大小可以通过力传感器测得，滑块转动的角速度可以通过轻质角速度传感器测得．

(1)保持滑块的质量和到竖直转轴的距离r不变，仅多次改变竖直转轴转动的快慢，测得多组力传感器的示数F及角速度传感器的示数ω，根据实验数据得到F­ω2的图线斜率为k，则滑块的质量为________．(用题目中的字母表示)
(2)若水平杆不光滑，根据(1)得到图线的斜率将________．(选填“增大”“不变”或“减小”).
2．[2021·武汉部分学校起点质检]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．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)根据标尺上露出的红白相间等分标记，可以粗略计算出两个球所受的向心力大小之比．
(3)通过实验得到如表中所示的数据：
组数球的质量m/g转动半径r/cm转速n/(r·s-1)向心力大小F/红格数114.015.0012228.015.0014314.015.0028414.030.0014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．
(4)你认为本实验中产生误差的原因有：______________________________________
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