江苏专用2025版高考物理一轮复习第4章曲线运动万有引力与航天实验6探究影响向心力大小的因素学案.doc

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试验六探究影响向心力大小的因素

1．试验目的

(1)定性感知向心力的大小与什么因素有关。

(2)学会使用向心力演示器。

(3)探究向心力与质量、角速度、半径的定量关系。

2．试验原理

接受掌握变量法探究：

(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关系。

3．试验器材

4．试验步骤

(1)向心力大小与哪些因素有关的定性分析。

①在小物体的质量和角速度不变的条件下，转变小物体做圆周运动的半径进行试验。

②在小物体的质量和做圆周运动的半径不变的条件下，转变小物体的角速度进行试验。

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、半径关系的定量分析。

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供应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。留意向心力的大小与角速度的关系。

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。留意向心力的大小与半径的关系。

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。留意向心力的大小与质量的关系。

④重复几次以上试验。

5．数据处理

(1)m、r肯定

序号

1

2

3

4

5

6

F向

ω

ω2

(2)m、ω肯定

序号

1

2

3

4

5

6

F向

r

(3)r、ω肯定

序号

1

2

3

4

5

6

F向

m

(4)分别作出F向-ω2、F向-r、F向-m的图象。

6．留意事项

(1)试验前应将横臂紧固，螺钉旋紧，以防球和其他部件飞出造成事故。

(2)试验时，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。

试验原理与操作

1．通过探究发觉，向心力跟角速度的二次方成正比。

2．生疏了向心力演示仪的奇异之处，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争论方法：掌握变量法。

4．向心力演示仪供应了两个圆周运动，通过两运动的对比，来探究向心力跟三个因素之间的关系。这里还隐含着一种重要的争论方法——对比试验法。

[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关。

(1)本试验接受的科学方法是________。

A．掌握变量法 B．累积法

C．微元法 D．放大法

(2)图示情景正在探究的是________。

A．向心力的大小与半径的关系

B．向心力的大小与线速度大小的关系

C．向心力的大小与角速度大小的关系

D．向心力的大小与物体质量的关系

(3)通过本试验可以得到的结果是________。

A．在质量和半径肯定的状况下，向心力的大小与角速度成正比

B．在质量和半径肯定的状况下，向心力的大小与线速度的大小成正比

C．在半径和角速度肯定的状况下，向心力的大小与质量成正比

D．在质量和角速度肯定的状况下，向心力的大小与半径成反比

[解析](1)在这个装置中，掌握半径、角速度不变，只转变质量，来争论向心力与质量之间的关系，故接受的掌握变量法，故选A。

(2)掌握半径、角速度不变，只转变质量，来争论向心力与质量之间的关系，故选D。

(3)通过掌握变量法，得到的结果为在半径和角速度肯定的状况下，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)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)如图所示，绳上离小沙袋重心40cm处打一个绳结A,80cm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，其余同学记录试验数据：

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