实验六　探究向心力大小的表达式

4/4实验六探究向心力大小的表达式考情调研命题特征探究向心力大小的表达式实验是新增加的实验，虽然高考对本实验考查不多，但也应引起重视1.考装置：器材装配以及其他器材替代。2.考方法：利用控制变量法进行实验。3.考变化：实验方法与原理创新某同学在“探究向心力大小的表达式”实验中，所用向心力演示器如图（a）所示。图（b）是演示器部分原理示意图，其中皮带轮①、④的半径相同，轮②的半径是轮①的2倍，轮④的半径是轮⑤的2倍，两转臂上黑白格的长度相等。A、B、C为三根固定在转臂上的挡板，可与转臂上做圆周运动的实验球产生挤压，从而为实验球提供向心力，A、C到转轴的距离相等，B到转轴的距离是A到转轴距离的2倍。图（a）中的标尺1和2可以显示出两球所受向心力的大小关系。可供选择的实验球有：质量均为m的球1和球2，质量为2m的球3。【实验原理】（1）在探究向心力大小的表达式时，主要用到了物理学中的（填选项前字母符号）。A.理想实验法 B.等效替代法C.控制变量法 D.微小量放大法（2）实验中，可通过改变（填选项前字母）来改变小球做圆周运动的半径；通过改变（填选项前字母）来改变位于两转臂上的小球做圆周运动的角速度之比。A.小球在转臂上的位置 B.与皮带相连的塔轮【实验操作】（3）为了探究向心力与小球质量的关系，实验时应用皮带将轮和轮相连，同时将球1和球3分别放在挡板（选填“A”或“B”）和挡板C处。（4）探究向心力与角速度的关系时，应选择小球（填“1和2”或“1和3”），并将两小球放在挡板（选填“A”或“B”）和挡板C处。

【数据处理】（5）若某次实验小球1、2分别位于挡板A和挡板C处，皮带将轮②和轮④相连，标尺上显示出小球1、2所受向心力之比为（填选项前字母符号）。A.2∶1 B.1∶2C.4∶1 D.1∶4听课记录1.原理：利用控制变量法探究向心力与质量、角速度、半径的定量关系。2.探究（1）保持两小球质量m和角速度ω相同，使转动半径r不同，比较向心力Fn与运动半径r之间的关系。（2）保持两小球质量m和运动半径r相同，使角速度ω不同，比较向心力Fn与角速度ω之间的关系。（3）保持运动半径r和角速度ω相同，用质量m不同、大小相同的钢球和铝球，比较向心力Fn与质量m的关系。3.数据处理分别作出Fn-ω2、Fn-r、Fn-m的图像，分析向心力大小与角速度、半径、质量之间的关系，并得出结论。4.注意事项摇动手柄时应缓慢加速，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。（2024·湖南邵阳模拟）用如图所示的实验装置来探究小球做圆周运动所需向心力的大小F与质量m、角速度ω和半径r之间的关系，转动手柄使长槽和短槽分别随塔轮匀速转动，槽内的球就做匀速圆周运动。横臂的挡板对球的压力提供了向心力，球对挡板的反作用力通过横臂的杠杆作用使弹簧测力套筒下降，从而露出标尺，标尺上的红白相间的等分格显示出两个小球所受向心力的比值。实验用球分为钢球和铝球，请回答相关问题：（1）在某次实验中，某同学把两个质量相等的钢球放在A、C位置，A、C到塔轮中心距离相等，将皮带处于左、右塔轮的半径不等的层上。转动手柄，观察左右标尺的刻度，此时可探究向心力的大小与的关系。A.质量m B.角速度ωC.半径r（2）在（1）的实验中，某同学匀速转动手柄时，左边标尺露出4个格，右边标尺露出1个格，则皮带连接的左、右塔轮半径之比为；其他条件不变，若增大手柄转动的速度，则左、右两标尺的示数将，两标尺示数的比值（均选填“变大”“变小”或“不变”）。【典例】（2024·河北石家庄月考）某同学用如图（a）所示的装置探究钢质小球自由摆动至最低点时的速度大小与此时细线拉力的关系。其中力传感器显示的是小球自由摆动过程中各个时刻细线拉力FT的大小，光电门测量的是小球通过光电门的挡光时间Δt。（1）调整细线长度，使细线悬垂时，小球中心恰好位于光电门中心。（2）要测量小球通过光电门的速度，还需测出（写出需要测量的物理量及其表示符号），小球通过光电门的速度表达式为v＝。（用题中所给字母和测出的物理量符号表示）（3）由于光电门位于细线悬点的正下方，此时细线的拉力就是力传感器显示的各个时刻的拉力FT中的（选填“最大值”“最小值”或“平均值”）。（4）改变小球通过光电门的速度，重复实验，测出多组速度v和对应拉力FT的数据，作出FT-v2图像如图（b）所示。已知当地重力加速度g＝9.7m/s2，则由图像可知，小球的质量为kg，光电门到悬点的距离为m。三步稳解题（1）分析实验目的：探究钢质小球自由摆动至最低点时的速度大小与此时细线拉力的关系。（2）确定实验原理①速度测量原理：小球通过光电门测速度v＝xt②速度v和拉力FT的关系：根据牛顿第二定律FT－F1＝mv2r（3）制定数据处理方案：根据牛顿第二定律推导出速度v和对应拉力FT的关系式，结合图像分析图线的斜率与截距的含义，求出小球的质量及半径。听课记录如图所示是“DIS向心力实验器”，当质量为m的砝码随旋转臂一起在水平面内做半径为r的圆周运动时，所需的向心力可通过牵引杆由力传感器测得，旋转臂另一端的挡光杆（挡光杆的挡光宽度为Δs，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大小F和角速度ω的数据。（1）某次旋转