实验6探究向心力大小与半径角速度质量的关系

实验六探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系1.为验证匀速圆周运动的向心力与线速度之间的定量关系，某同学设计了如下图所示的实验装置．其中AB是固定在竖直转轴OO′上的水平台，A端固定的压力传感器可测出小钢球对其压力的大小，B端固定一宽度为d的挡光片，光电门可测量挡光片每一次的挡光时间．实验步骤如下：①测出挡光片与转轴间的距离L.②将小钢球紧靠传感器放置在平台上，测出球心与转轴的距离r.③使平台AB绕转轴OO′匀速转动．④记录压力传感器的示数F和对应的挡光时间Δt.⑤保持小钢球质量m和距离r不变，多次改变转动角速度，记录压力传感器示数F和对应的挡光时间Δt.(1)小钢球转动的线速度v＝________.(用L、r、d、Δt表示)(2)用图像法处理实验数据时，若纵轴表示F，则横轴应表示________为宜，则在误差允许范围内，图像应为一条____________________________，其斜率的物理意义为________．(均用m、r、v表示)2.为了探究“物体做匀速圆周运动时，向心力与哪些因素有关”，某同学进行了如下实验：如图甲所示，绳子的一端拴一个小沙袋，绳上离小沙袋L处打一个绳结A,2L处打另一个绳结B.请一位同学帮助用秒表计时．如图乙所示，做了四次体验性操作．操作1：手握绳结A，使沙袋在水平面内做匀速圆周运动，每秒运动1周．体验此时绳子拉力的大小．操作2：手握绳结B，使沙袋在水平面内做匀速圆周运动，每秒运动1周．体验此时绳子拉力的大小．操作3：手握绳结A，使沙袋在水平面内做匀速圆周运动，每秒运动2周．体验此时绳子拉力的大小．操作4：手握绳结A，增大沙袋的质量到原来的2倍，使沙袋在水平面内做匀速圆周运动，每秒运动1周，体验此时绳子拉力的大小．(1)操作2与操作1中，体验到绳子拉力较大的是____________．(2)操作3与操作1中，体验到绳子拉力较大的是____________．(3)操作4与操作1中，体验到绳子拉力较大的是____________．(4)总结以上四次体验性操作，可知物体做匀速圆周运动时，向心力大小与__________有关．A.半径 B.质量C.周期 D.线速度的方向(5)实验中，人体验到的绳子的拉力________(填“是”或“不是”)沙袋做圆周运动的向心力．3.某同学做验证向心力与线速度关系的实验．装置如图所示，一轻质细线上端固定在拉力传感器上，下端悬挂一小钢球．钢球静止时刚好位于光电门中央．主要实验步骤如下：①用游标卡尺测出钢球直径d.②将钢球悬挂静止不动，此时力传感器示数为F1，用米尺量出线长L.③将钢球拉到适当的高度处释放，光电门计时器测出钢球的遮光时间为t，力传感器示数的最大值为F2.已知当地的重力加速度为g.(1)钢球经过光电门时的线速度表达式为v＝________，向心力表达式为F向＝meq\f(v2,R)＝________.(2)钢球经过光电门时的所受合力的表达式为F合＝________.(3)若在实验误差允许的范围内F向＝F合，则验证了向心力与线速度的关系．该实验可能的误差是______________．(写出一条即可)4.某同学用图甲所示的装置探究物体做圆周运动的向心力大小与半径、线速度、质量的关系．用一根细线系住钢球，另一端连接在固定于铁架台上端的力传感器上，钢球静止于A点，将光电门固定在A的正下方．钢球底部竖直地粘住一片宽度为x的遮光条．(1)用天平测出小球质量，用刻度尺测出摆线长度，用游标卡尺测出钢球直径，示数如图乙所示，钢球直径d＝________mm.(2)将钢球拉至不同位置由静止释放，读出钢球经过A点时力传感器的读数F及光电门的遮光时间t，算出钢球速度的平方值，具体数据如下表：12345F/N0.1240.1430.1620.1810.200v2/(m2·s－2)2.04.05.88.010.1请在下面的坐标图中，画出F－v2的关系图像．(3)由图像可知，钢球的重力为________N.(4)若图像的斜率为k，小球质量为m，重力加速度为g，则F与v2的关系式为__________________(用所给物理量的符号表示)．(5)某同学通过