2024-2025學年新教材高中物理第六章圓周運動2.2實驗：探究向心力大小的表達式課堂達標練含解析新人教版必修2

PAGE3-試驗：探究向心力大小的表達式1.向心力演示器如圖所示，轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(nèi)的小球分別以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供應(yīng)，球?qū)醢宓姆醋饔昧νㄟ^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上露出的等分格子的多少可以顯示出兩球所受向心力的大小。(1)現(xiàn)將小球分別放到兩邊的槽內(nèi)，為探究小球受到的向心力大小與角速度大小的關(guān)系，下列做法正確的是 ()A.在小球運動半徑相等的狀況下，用質(zhì)量相同的鋼球做試驗B.在小球運動半徑相等的狀況下，用質(zhì)量不同的鋼球做試驗C.在小球運動半徑不等的狀況下，用質(zhì)量不同的鋼球做試驗D.在小球運動半徑不等的狀況下，用質(zhì)量相同的鋼球做試驗(2)在該試驗中應(yīng)用了________________探究向心力的大小與質(zhì)量m、角速度ω和半徑r之間的關(guān)系。

【解析】(1)要探究小球受到的向心力大小與角速度的關(guān)系，需限制小球的質(zhì)量和半徑不變，所以A正確，B、C、D錯誤。(2)由前面分析可知該試驗采納的是限制變量法。答案：(1)A(2)限制變量法2.如圖甲所示是某同學探究做圓周運動的物體的向心力、軌道半徑及線速度大小關(guān)系的試驗裝置,圓柱體放置在水平光滑圓盤上做勻速圓周運動。力傳感器測量向心力F,速度傳感器測量圓柱體的線速度大小v,該同學通過保持圓柱體質(zhì)量和運動半徑不變,來探究向心力F與線速度大小v的關(guān)系:(1)該同學采納的試驗方法為________________________。

A.等效替代法 B.限制變量法C.志向化模型法(2)變更線速度大小v,多次測量,該同學測出了五組F、v數(shù)據(jù),如表所示。v/(m·s-1)1.01.52.02.53.0F/N0.882.003.505.507.90該同學對數(shù)據(jù)分析后,在圖乙坐標紙上描出了五個點。①作出F-v2圖線;②若圓柱體運動半徑r=0.2m,由作出的F-v2的圖線可得圓柱體的質(zhì)量m=________kg。(結(jié)果保留2位有效數(shù)字)

【解析】(1)試驗中探討向心力和線速度大小的關(guān)系,保持圓柱體質(zhì)量和運動半徑不變,采納的試驗方法是限制變量法,所以選項B是正確的。(2)①作出F-v2圖線,如圖所示。②依據(jù)F=知,圖線的斜率k=,則有=,代入數(shù)據(jù)計算得出m=0.18kg。答案:(1)B(2)①見解析圖②0.18【補償訓練】如圖所示，同學們分小組探究影響向心力大小的因素。同學們用細繩系一紙杯(杯中有30mL的水)在空氣中甩動，使杯在水平面內(nèi)做圓周運動，來感受向心力。如圖甲，繩離杯心40cm處打一結(jié)點A，80cm處打一結(jié)點B，學習小組中一位同學用手表計時，操作一：手握繩結(jié)A，使杯在水平方向每秒運動1周，體會向心力的大小。操作二：手握繩結(jié)B，使杯在水平方向每秒運動1周，體會向心力的大小。操作三：手握繩結(jié)A，使杯在水平方向每秒運動2周，體會向心力的大小。操作四：手握繩結(jié)A，再向杯中添加30mL的水，使杯在水平方向每秒運動1周，體會向心力的大小。(1)操作二與一相比較：質(zhì)量、角速度相同，向心力的大小與轉(zhuǎn)動半徑大小有關(guān)；操作三與一相比較：質(zhì)量、半徑相同，向心力的大小與角速度的大小有關(guān)；操作四與一相比較：_______________________相同，向心力大小與_________有關(guān)；

(2)物理學中此種試驗方法叫__________________法。

(3)小組總結(jié)階段，在空中甩動，使杯在水平面內(nèi)做圓周運動的同學談感受時說：“感覺手腕發(fā)酸，感覺力的方向不是指向圓心的向心力而是背離圓心的離心力，跟書上說的不一樣。”你認為該同學的說法是否正確？為什么？【解析】依據(jù)向心力公式F向=mω2r，由牛頓其次定律，則有FT=mω2r；操作二與一相比較：質(zhì)量、角速度相同，向心力的大小與轉(zhuǎn)動半徑大小有關(guān)；操作三與一相比較：質(zhì)量、半徑相同，向心力的大小與角速度的大小有關(guān)；操作四與一相比較：角速度、半徑相同，向心力大小與質(zhì)量有關(guān)；物理學中此種試驗方法叫限制變量法。該同學受力分析的對象是自己的手，我們試驗受力分析的對象是紙杯，細線的拉力供應(yīng)紙杯做圓周運動的向心力，指向圓心。細線對手的拉力與向心力大小相等，方向相反，背離圓心。答案：(1)角速度、半徑質(zhì)量(