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课件网) 第四章 曲线运动 万有引力与宇宙航行 实验6 探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系 1.会用控制变量法探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系。 2.会用作图法处理实验数据,掌握“化曲为直”的思想。 实验储备·归纳 自主落实 回扣教材 实验类型·突破 关键能力 深度剖析 【典例1】 如图所示,是用来研究向心力与转动物体的半径、质量以及角速度之间关系的向心力演示器。 类型1 实验基本技能应用 (1)这个实验所用的主要研究方法是_____(填选项字母)。 A.控制变量法 B.等效代替法 C.理想实验法 D.假设法 (2)图中两个相同的钢球位置距各自转轴的距离相等,由此可推测出是在研究向心力的大小F与_____的关系(填选项字母)。 A.质量m B.角速度ω C.半径r 解析 (1)在研究向心力的大小F与质量m、角速度ω和半径r之间的关系时,需先控制某些量不变,研究另外两个物理量的关系,该方法为控制变量法,A项正确。 (2)图中两球的质量相同,转动的半径相同,则研究的是向心力与角速度的关系,B项正确。 答案 (1)A (2)B 【典例2】 如图所示,图甲为“向心力演示器验证向心力公式”的实验示意图,图乙为俯视图。图中A、B槽分别与a、b轮同轴固定,且a、b轮半径相同。当a、b两轮在皮带的带动下匀速转动时: (1)两槽转动的角速度ωA_____(填“>”“=”或“<”)ωB。 (2)现有两质量相同的钢球,①球放在A槽的边缘,②球放在B槽的边缘,它们到各自转轴的距离之比为2∶1。则钢球①、②的线速度大小之比为_____;受到的向心力大小之比为_____。 解析 (1)因两轮a、b转动的角速度相同,而两槽的角速度与两轮角速度相同,则两槽转动的角速度相等,即ωA=ωB。 (2)钢球①、②的角速度相同,半径之比为2∶1,则根据v=ωr可知,线速度大小之比为2∶1;根据F=mω2r可知,受到的向心力大小之比为2∶1。 答案 (1)= (2)2∶1 2∶1 考向1 实验装置创新 【典例3】 某实验小组通过如图所示的装置验证向心力的表达式。滑块套在水平杆上,随杆一起绕竖直杆做匀速圆周运动,力传感器通过一细绳连接滑块,用来测量向心力F的大小。滑块上固定一遮光片,宽度为d,图示位置滑块正上方有一光电门固定在铁架台的横杆上。滑块旋转半径为R,每经过光电门一次,通过力传感器和光电门就同时获得一组向心力F和角速度ω的数据。 类型2 实验的迁移、拓展和创新 考向2 实验目的改变 【典例4】 如图是利用激光测定圆盘圆周运动的原理示意图,图中光源和接收器固定,圆盘绕固定轴匀速转动,圆盘边缘侧面有一小段涂有反光材料(侧面其他部分不反射光)。圆盘转动到图示位置时,接收器开始接收到反光涂层所反射的激光束,接收器第1次刚接收到激光束至第n+1次刚接收到激光束所用时间为T0,每次接收激光束持续时间为t,圆盘的直径为d,圆周率用π表示。(计算结果用题中所给字母表示) (1)由实验可知,圆盘转动周期T=_____。 (2)圆盘边缘上的点的向心加速度大小an=_____。 (3)圆盘侧面反光涂层的长度l=_____。 高效训练·提能 拓广视野 智学慧考 1.一物理兴趣小组利用学校实验室的数字实验系统“探究物体做圆周运动时向心力与角速度、半径的关系”。在保证重物的质量m和做圆周运动的角速度ω不变的情况下,改变重物做圆周运动的半径r,得到几组向心力F与半径r的数据,记录到表1中。 表1 向心力F与半径r的测量数据 次数 1 2 3 4 5 半径r/mm 50 60 70 80 90 向心力F/N 5.46 6.55 7.64 8.74 9.83 在保证重物的质量m和做圆周运动的半径r不变的情况下,改变重物做圆周运动的角速度ω,得到几组向心力F和角速度ω的数据,记录到表2中。 表2 向心力F与角速度ω的测量数据 次数 1 2 3 4 5 角速度ω/(rad·s-1) 6.58 9.3 11.0 14.4 21.8 向心力F/N ... ...
