2021第4章实验6探究影响向心力大小的因素

实验六探究影响向心力大小的因素

1 •实验目的

(1) 定性感知向心力的大小与什么因素有矢。

(2) 学会使用向心力演示器。

(3) 探究向心力与质量、角速度、半径的定量矢系。

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矢系。

(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矢系。

(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矢系。

3•实验器材

4•实验步骤

(1) 向心力大小与哪些因素有矢的定性分析。

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，改变小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、半径矢系的定量分析。

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，挡板对小球的反作用力提供了小球做匀速圆周运动的向心力。同时，小球压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。注意向心力的大小与角速度的尖系。

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。注意向心力的大小与半径的尖系。

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。注意向心力的大小与质量的矢系。

④重复几次以上实验。

5•数据处理

⑴m、r一定

⑵m、co—定

(3)r、co —定

⑷分别作出F向・co2、F向・r、F向的图象。

6・注意事项

(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，应力求加速缓慢，速度均匀。

(4) 皮带跟塔轮之间要拉紧。

实验原理与操作

1・通过探究发现，向心力跟角速度的二次方成正比。2•认识了向心力演示 仪的巧妙之处，在于利用两个塔轮半径的不同获得两个塔轮角速度之比，从而克 服了直接测量角速度的困难。

3•进一步体会了一种重要的研究方法：控制变量法。4•向心力演示仪提供 了两个圆周运动，通过两运动的对比，来探究向心力 跟三个因素之间的尖系。这 里还隐含着一种重要的研究方法一一对比实验法

［题组训练］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尖。

(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 (2) ___________________________ 图示情景正在探究的是。

A•向心力的大小与半径的矢系B•向心力的大小与线速度大小的尖系

C•向心力的大小与角速度大小的矢系D -向心力的大小与物体质量的尖系

(3) _______________________________ 通过本实验可以得到的结果是。 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 •放大法

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)在这个装置中，控制半径、角速度不变，只改变质量，来研究向

心力与质量之间的尖系，故采用的控制变量法，故选A

(2) 控制半径、角速度不变，只改变质量，来研究向心力与质量之间的尖系，故选D

(3) 通过控制变量法，得到的结果为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，故选C。

［答案］(1)A (2)D(3)C

2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) ________________________ 卜列说法中正确的是

___________________________ °

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) 如图所示，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，体会向心力的大小。

操作二：手握绳结B，使小沙袋在水平方向每秒运动1周，体会向心力的大小。

操作三：手握绳结A，使小沙袋在水平方向每秒运动2周，体会向心力的大小。

操作四：手握绳结A，再向小沙袋中添加少量沙子，使小沙袋在水平方向每秒运动1周，体会向心力的大小。

①_________________________________________________________ 操作二与一相比较：质量、角速度相同，向心力的大小与转动 _________________ 有矢；

②______________________________________________________ 操作三与

一相比较：质量、半径相同，向心力的大小与 ____________________ 有矢；

③______________________________________________________ 操作四与

一相比较：角速度、半径相同，向心力大小与 ____________________ 有尖。

［解析］⑴由题意，根据向心力公式尸向=口品与牛顿第二定律，则有T 拉mco2r ；保持质量、绳长不变，增大转速，3= 2切，角速度变大，根据公式可知，绳对手的拉力将增大，故A错误，B正确；保持质量、角速度不变，增大绳长，据公式可知，绳对手的拉力将变大，故C错误，D正确。

(2) 本实验采取的方法是控制变量法，操作二与一相比较：质量、角速度相

同，向心力的大小与转动半径大小有矢；操作三与一相比较：质量、半径相同，向心力的大小与角速度的大小有矢；操作四与一相比较：角速度、半径相同，向心力大小与质量大小有矢。

［答案］(1)BD(2)半径大小角速度的大小质量大小

实验数据处理与分析

1 •由向心力公式F =m(o2r，在研究向心力的大小F与质量m矢系时，要保持其他的物理量不变，其中包括角速度3与半径r，即保持角速度与半径相同。v2