实验6.探究向心力与r、w、m关系（学生版） 2024届高考物理一轮复习讲义.pdf

实验6.探究向心力的大小与半径、角速度、质量的关系

方案一用向心力演示器定量探究

一.实验思路

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关系;

(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关系;

(3)使两物体转动的半径、转动的角速度相同,探究向心力的大小跟物体质量的定量关系。

二．实验器材

如图，向心力演示器、质量不等的小球．

三．实验步骤

(1)分别将两个质量相等的小球放在实验仪器的两个小槽中，且小球到转轴(即圆心)距离

相同即圆周运动半径相同．将皮带放置在适当位置使两转盘转动，记录不同角速度下的向心

力大小(格数)．

(2)分别将两个质量相等的小球放在实验仪器的长槽和短槽两个小槽中，将皮带放置在适

当位置使两转盘转动角速度相等、小球到转轴(即圆心)距离不同即圆周运动半径不等，记录不

同半径的向心力大小(格数)．

(3)分别将两个质量不相等的小球放在实验仪器的两个小槽中，且小球到转轴(即圆心)距

离相同即圆周运动半径相等，将皮带放置在适当位置使两转盘转动角速度相等，记录不同质

量下的向心力大小(格数)．

四．数据处理

2

分别作出F－ω、F－r、F－m的图像，分析向心力大小与角速度、半径、质量之间的

nnn

关系，并得出结论．

五．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。

六．注意事项

摇动手柄时应力求缓慢加速，注意观察其中一个标尺的格数．达到预定格数时，即保持

转速恒定，观察并记录其余读数．

方案二.用绳和沙袋定性研究

1.实验原理

如图(a)所示，绳子的一端拴一个小沙袋(或其他小物体)，将手举过头顶，使沙袋在水平

面内做匀速圆周运动，此时沙袋所受的向心力近似等于绳对沙袋的拉力.

2.实验步骤

在离小沙袋重心40cm的地方打一个绳结A，在离小沙袋重心80cm的地方打另一个绳

结B.同学甲看手表计时，同学乙按下列步骤操作：

操作一

手握绳结A，如图(b)所示，使沙袋在水平面内做匀速圆周运动，每秒转动1周.体会此时

绳子拉力的大小.

操作二

手仍然握绳结A，但使沙袋在水平面内每秒转动2周，体会此时绳子拉力的大小.

操作三

改为手握绳结B，使沙袋在水平面内每秒转动1周，体会此时绳子拉力的大小.

操作四

手握绳结A，换用质量较大的沙袋，使沙袋在水平面内每秒转动1周，体会此时绳子

拉力的大小.

3.规律探究

(1)通过操作一和二，比较在半径、质量相同的情况下，向心力大小与角速度的关系.

(2)通过操作一和三，比较在质量、角速度相同的情况下，向心力大小与半径的关系.

(3)通过操作一和四，比较在半径、角速度相同的情况下，向心力大小与质量的关系.

3.实验结论：半径越大，角速度越大，质量越大，向心力越大.

探究方案三利用力传感器和光电传感器探究

1.实验原理与操作

如图所示，利用力传感器测量重物做圆周运动的向心力，利用天平、刻度尺、光电传感

器分别测量重物的质量m、做圆周运动的半径r及角速度ω.实验过程中，力传感器与DIS数

据分析系统相连，可直接显示力的大小.光电传感器与DIS数据分析系统相连，可直接显示挡

光杆挡光的时间，由挡光杆的宽度和挡光杆做圆周运动的半径，可得到重物做圆周运动的角速

度.

实验时采用控制变量法，分别研究向心力与质量、半径、角速度的关系.

2.实验数据的记录与分析

(1)设计数据记录表格，并将实验数据记录到表格中(表一、表二、表三)

①m、r一定(表一)

序号123456

F

n

ω

ω2

②m、ω一定(表二)

序号123