資源簡介

(共43張PPT)
實驗：探究影響向心力大小的因素(基礎實驗)
第 7 講
1
一、實驗知能/系統歸納
2
二、應用發展/練中融通
CONTENTS
目錄
一、實驗知能/系統歸納
一、理清原理與操作
原理裝置圖
(1)利用變速塔輪可改變小球的轉動角速度。
(2)利用長槽和短槽可改變小球的轉動半徑。
(3)利用測力套筒可顯示向心力的大小。
操作要領 向心力演示器如上圖所示。轉動手柄1，可使變速塔輪2和3以及長槽4和短槽5隨之勻速轉動，皮帶分別套在塔輪2和3上的不同圓盤上，可使兩個槽內的小球分別以幾種不同的角速度做勻速圓周運動。小球做圓周運動的向心力由橫臂6的擋板對小球的壓力提供，球對擋板的反作用力通過橫臂的杠桿使彈簧測力套筒7下降，從而露出標尺8，標尺8上露出的紅白相間等分格子的多少可以顯示出兩個球所受向心力的大小。
續表
操作要領 (1)皮帶套在塔輪2、3的不同半徑的圓盤上，小球質量相同、轉動半徑相同時，可以探究向心力與角速度的關系。
(2)皮帶套在塔輪2、3半徑相同的圓盤上，小球轉動角速度和質量相同時，可以探究向心力與轉動半徑的關系。
(3)皮帶套在塔輪2、3半徑相同的圓盤上，小球轉動半徑和轉動角速度相同時，可以探究向心力與小球質量的關系。
續表
二、掌握數據處理方法
1．m、r一定
序號 1 2 3 4 5 6
F向
ω
ω2
2．m、ω一定
3．r、ω一定
序號 1 2 3 4 5 6
F向
r
序號 1 2 3 4 5 6
F向
m
4．分別作出F向-ω2、F向-r、F向-m的圖像。
5．實驗結論
(1)在小球質量和做圓周運動的半徑一定的情況下，向心力的大小與角速度的平方成正比。
(2)在小球質量和角速度一定的情況下，向心力的大小與做圓周運動的半徑成正比。
(3)在小球做圓周運動的半徑和角速度一定的情況下，向心力的大小與質量成正比。
三、注意實驗細節
1．定性感知實驗中，應先用質量較小的小球，小球受到的重力與拉力相比可忽略。
2．使用向心力演示器時應注意：
(1)將橫臂緊固螺釘旋緊，以防小球和其他部件飛出而造成事故。
(2)搖動手柄時應力求緩慢加速，注意觀察其中一個測力套筒上標尺的格數。達到預定格數時，保持轉速均勻恒定。
二、應用發展/練中融通
1．如圖所示，圖甲為“用向心力演示器驗證向心力公式”的實驗示意圖，圖乙為俯視圖。圖中A、B槽分別與a、b輪同軸固定，且a、b輪半徑相同。當a、b兩輪在皮帶的帶動下勻速轉動。
(1)兩槽轉動的角速度ωA________ωB。(選填“>”“＝”或“<”)。
(2)現有兩質量相同的鋼球，①球放在A槽的邊緣，②球放在B槽的邊緣，它們到各自轉軸的距離之比為2∶1。則鋼球①、②的線速度之比為________；受到的向心力之比為________。
解析：(1)因a、b兩輪轉動的角速度相同，而兩槽的角速度與兩輪的角速度相同，則ωA＝ωB；
(2)鋼球①、②的角速度相同，半徑之比為2∶1，則根據v＝ωr可知，線速度之比為2∶1；根據F＝mω2r可知，受到的向心力之比為2∶1。
答案：(1)＝　(2)2∶1　2∶1
2.如圖甲所示為測量電動機轉動角速度的實驗裝置，半徑不大的圓形卡紙固定在電動機轉軸上，在電動機的帶動下勻速轉動。在圓形卡紙的旁邊垂直安裝一個改裝了的電火花計時器。
(1)請將下列實驗步驟按先后排序：________________________。
A．使電火花計時器與圓形卡紙保持良好接觸
B．接通電火花計時器的電源，使它工作起來
C．啟動電動機，使圓形卡紙轉動起來
D．關閉電動機，拆除電火花計時器；研究卡紙上留
下的一段痕跡(如圖乙所示)，寫出角速度ω的表達式，代
入數據，得出ω的測量值
(2)要得到ω的測量值，還缺少一種必要的測量工具，它是________。
A．秒表 B．毫米刻度尺
C．圓規 D．量角器
解析：(1)該實驗先將電火花計時器與圓形卡紙保持良好接觸，先使卡紙轉動，再打點，最后取出卡紙進行數據處理，故順序為A、C、B、D。
(2)要測出角速度，需要測量點跟點間的角度，需要的器材是量角器，故選D。
答案：(1)A、C、B、D　(2)D
3．(2024·南寧二中模擬預測)某同學計劃用如圖所示(俯視圖)的裝置驗證物體質量不變情況下向心力與角速度的關系，實驗步驟如下：
a．測量重物的質量，記為m，將重物和彈簧穿在較光滑的水平橫桿上后，彈簧一端連接重物，另一端固定在豎直轉軸上，測量重物靜止時到豎直轉軸的距離，記為r；
b．豎直轉軸在電機驅動下帶動水平橫桿一起轉動，當重物運動狀態穩定時，記下重物到豎直轉軸的距離R和橫桿轉動50圈所需的時間t；
c．改變豎直轉軸的角速度，測得多組數據。
請回答下列問題：
(1)重物做圓周運動的周期T＝________，重物做圓周運動所需的向心力Fn＝_________________________________________。
4．(2024·遼寧模擬預測)某同學用如圖所示的裝置探究物體做圓周運動的向心力大小與半徑、線速度、質量的關系。用一根細線系住鋼球，另一端連接在固定于鐵架臺上端的力傳感器上，直徑為d的鋼球靜止于A點，將光電門固定在A的正下方。鋼球底部豎直地粘住一片寬度為x的遮光條。
(1)用天平測出鋼球質量，用刻度尺測出擺線長度。
(2)將鋼球拉至不同位置由靜止釋放，讀出鋼球經過A點時力傳感器的讀數F及光電門的遮光時間t，算出鋼球速度的平方值，具體數據如表所示：
1 2 3 4 5
F/N 0.124 0.143 0.162 0.181 0.200
v2/(m2·s－2) 2.0 4.0 5.8 8.0 10.1
請在下面的坐標圖中，畫出F-v2的關系圖像。
解析：(2)畫出F-v2的關系圖像如圖所示：
(5)產生誤差的主要原因是光電門測出的是遮光條通過時的速度，大于鋼球球心通過最低點的速度，即速度測量值偏大。
答案：(2)見解析圖
(3)0.104(0.102～0.106均正確)
(4)F＝kv2＋mg　(5)光電門測出的是遮光條通過時的速度，大于鋼球球心通過最低點的速度
5.改裝的探究圓周運動的向心力大小的實驗裝置如圖所示。有機玻璃支架上固定一個直流電動機，電動機轉軸上固定一個半徑為r的塑料圓盤，圓盤中心正下方用細線接一個重錘，圓盤邊緣連接細繩，細繩另一端連接一個小球。實驗操作如下：
①利用天平測量小球的質量m，記錄當地的重力加速度g的大小；
②閉合電源開關，讓小球做如圖所示的勻速圓周運動，調節激光筆2的高度和激光筆1的位置，讓激光恰好照射到小球的中心，用刻度尺測量小球做圓周運動的半徑R和球心到塑料圓盤的高度h；
③當小球第一次到達A點時開始計時，并記錄為1次，記錄小球n次到達A點的時間t；
④切斷電源，整理器材。
(2)若已測出R＝40.00 cm，r＝4.00 cm，h＝90.00 cm，t＝100.00 s，n＝51，π取3.14，則小球做圓周運動的周期T＝______s，記錄的當地重力加速度大小應為g＝_______m/s2。(計算結果均保留3位有效數字)
答案：(1)BD　(2)2.00　9.86
6．(2024·重慶模擬預測)某同學利用如圖甲所示的向心力演示器探究小球做圓周運動所需向心力大小F與小球質量m、運動半徑r和角速度ω之間的關系。
(1)本實驗采用的主要實驗方法為____________(選填“等效替代法”或“控制變量法”)。在探究小球做圓周運動所需向心力的大小F與運動半徑r的關系時，把兩個相同________的小球放到半徑r不等的長槽和短槽上，保證兩變速塔輪的________相同，根據標尺上露出的紅白相間等分標記，粗略計算出兩個球所需向心力的比值；
(2)另一同學利用如圖乙所示接有傳感器的向心力實驗器來進行實驗。力傳感器可直接測量向心力的大小F，旋臂另一端的擋光桿經過光電門傳感器時，系統將自動記錄其擋光時間，用螺旋測微器測量擋光桿的寬度d，示數如圖丙所示，則d＝________ mm，擋光桿到轉軸的距離為R。某次擋光桿經過光電門時的擋光時間為Δt，可求得擋光桿的角速度ω的表達式為________(用題目中所給物理量的字母符號表示)。該同學保持砝碼質量和運動半徑r不變，探究向心力F與角速度ω的關系，
作出F-ω2圖線如圖丁所示，若砝碼運動半徑r＝0.2 m，牽引桿的質量和一切摩擦可忽略，由F-ω2圖線可得砝碼質量m＝________ kg(結果保留2位有效數字)。
解析：(1)本實驗通過控制小球質量m、運動半徑r和角速度ω這三個物理量中兩個量相同，探究向心力F與另一個物理量之間的關系，采用的主要實驗方法為控制變量法。在探究小球做圓周運動所需向心力的大小F與運動半徑r的關系時，需要控制m和ω相同，即把兩個相同質量的小球放到半徑r不等的長槽和短槽上，保證兩變速塔輪的角速度相同。

展開更多......

收起↑