实验六-探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系.doc

实验六　探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系
1. 在“探究向心力的大小与质量、角速度和半径之间的关系”的实验中：
(1)如图所示，A、B都为钢球，图中所示是在研究向心力的大小F与________的关系．

A. 质量m　　　 B. 半径r　　　
C. 角速度ω
(2) 如图所示，若图中标尺上黑白相间的等分格显示出两个小球所受向心力的比值为1∶4，由圆周运动知识可以判断与皮带连接的变速塔轮相对应的半径之比为________．
A. 1∶2 B. 2∶1
C. 1∶4 D. 4∶1
2. (2021·常州中学)如图甲所示为某学习小组的同学们用圆锥摆粗略验证向心力表达式的实验情景．调节平台的高度，尽量使纸面贴近小球但不接触．用手带动小球运动使它在放手后恰能在纸面上方沿某个画好的圆做匀速圆周运动．

甲 乙
(1) 若忽略小球运动中受到的阻力，小球的质量为m，重力加速度为g.在某次实验中，小球沿半径为r的圆做匀速圆周运动，用秒表记录了小球运动n圈的总时间t，则小球做此圆周运动所需的向心力大小F需＝________(用m、n、t、r及相关的常量表示)．用刻度尺测得细线上端悬挂点到画有圆周纸面的竖直高度为h，那么对小球进行受力分析可知，小球做此圆周运动所提供的向心力大小F供＝________(用m、h、r及相关的常量表示)．
(2) 保持n的取值不变，改变h和r进行多次实验，可获取不同时间t.学习小组的同学们想用图像来处理多组实验数据．为了直观反映物理量间的关系，应合理选择坐标轴的相关变量，则应该画________(填“t2－h”或“t－r”)图像．画出的图像如图乙所示，则引起图像中出现横截距的原因是_____________________
___________________________________________________．
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大小为g，请用上述测得的物理量填空．
(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＝m ＝________.
(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. (2020·山东青岛三模)小鸣同学组装了一套实验装置如图甲所示，拉力传感器竖直固定，一根不可伸长的细线上端固定在传感器的挂钩上，下端系着小钢球，钢球底部固定有遮光片，拉力传感器正下方安装有光电门，钢球经过最低点时遮光片恰能通过光电门．已知当地的重力加速度大小为g.小鸣进行了下列实验步骤：

甲
(1) 用游标卡尺测遮光片宽度d，如图乙所示，读数d＝________mm.

乙
(2) 拉起钢球使细线与竖直方向成不同的角度，钢球由静止释放后均在竖直平面内运动，记录遮光片每次通过光电门的遮光时间Δt和对应的拉力传感器示数F；根据记录数据描绘出如图丙所示的F－图像，a是已知量．通过图丙中的信息可以求哪个物理量？____________________；该物理量的表达式为________(用题目中所给符号表示)．

丙
5. 如图所示是一个研究向心力与哪些因素有关的DIS实验装置的示意图，其中做匀速圆周运动的圆柱体的质量为m，放置在圆盘上(未画出)，圆周轨道的半径为r，力传感器测定的是向心力，光电传感器测定的是圆柱体的线速度，以下是所得数据和图乙所示的F－v、F－v2、F－v3三个图像．

甲 乙
v/m·s－1
1.00
1.41
1.87
2.34
2.81
F/N
1
2
3.5
5.5
7.9
(1) 数据表和图乙的三个图像是在用实验探究向心力F和圆柱体线速度v的关系时保持圆柱体质量不变，半径r＝0.2 m的条件下得到的．研究图像后，可得出向心力F和圆柱体速度v的关系式为____________．
(2) 为了研究F和r成反比的关系，实验时除了保持圆柱体质量不变外，还应保持物理量______________不变．
(3) 根据你已经学习过的向心力公式以及上面的图线可以推算出，本实验中圆柱体的质量为________kg.
6. (2021·启东中学)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40 cm处打一个绳结A，80 cm 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，其余同学记录实验数据．

操作一：手握绳结A，使小沙袋在水平方向每秒运动1周，体会向心力的大小．
操作二：手握绳结B，使小沙袋在水平方向每秒运动1周，体会向心力的大小．
操作三：手握绳结A，使小沙袋在水平方向每秒运动2周，体会向心力的大小．
操作四：手握绳结A，再向小沙袋中添加少量沙子，使小沙袋在水平方向每秒运动1周，体会向心力的大小．
① 操作二与一相比较：质量、角速度相同，向心力的大小与转动半径大小有关．
操作三与一相比较：质量、半径相同，向心力的大小与角速度的大小有关．
操作四与一相比较，______________相同，向心力大小与____________有关．
②物理学中把此种实验方法叫______________法．
③小组总结阶段，在空中甩动，使小沙袋在水平面内做圆周运动的同学谈感受时说：“感觉手腕发酸，感觉力的方向不是指向圆心的向心力而是背离圆心的离心力，跟书上说的不一样”，你认为该同学的说法是否正确，为什么？