實(shí)驗(yàn)六　探究向心力大小的表達(dá)式

4/4實(shí)驗(yàn)六探究向心力大小的表達(dá)式考情調(diào)研命題特征探究向心力大小的表達(dá)式實(shí)驗(yàn)是新增加的實(shí)驗(yàn)，雖然高考對本實(shí)驗(yàn)考查不多，但也應(yīng)引起重視1.考裝置：器材裝配以及其他器材替代。2.考方法：利用控制變量法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。3.考變化：實(shí)驗(yàn)方法與原理創(chuàng)新某同學(xué)在“探究向心力大小的表達(dá)式”實(shí)驗(yàn)中，所用向心力演示器如圖（a）所示。圖（b）是演示器部分原理示意圖，其中皮帶輪①、④的半徑相同，輪②的半徑是輪①的2倍，輪④的半徑是輪⑤的2倍，兩轉(zhuǎn)臂上黑白格的長度相等。A、B、C為三根固定在轉(zhuǎn)臂上的擋板，可與轉(zhuǎn)臂上做圓周運(yùn)動的實(shí)驗(yàn)球產(chǎn)生擠壓，從而為實(shí)驗(yàn)球提供向心力，A、C到轉(zhuǎn)軸的距離相等，B到轉(zhuǎn)軸的距離是A到轉(zhuǎn)軸距離的2倍。圖（a）中的標(biāo)尺1和2可以顯示出兩球所受向心力的大小關(guān)系。可供選擇的實(shí)驗(yàn)球有：質(zhì)量均為m的球1和球2，質(zhì)量為2m的球3?！緦?shí)驗(yàn)原理】（1）在探究向心力大小的表達(dá)式時(shí)，主要用到了物理學(xué)中的（填選項(xiàng)前字母符號）。A.理想實(shí)驗(yàn)法 B.等效替代法C.控制變量法 D.微小量放大法（2）實(shí)驗(yàn)中，可通過改變（填選項(xiàng)前字母）來改變小球做圓周運(yùn)動的半徑；通過改變（填選項(xiàng)前字母）來改變位于兩轉(zhuǎn)臂上的小球做圓周運(yùn)動的角速度之比。A.小球在轉(zhuǎn)臂上的位置 B.與皮帶相連的塔輪【實(shí)驗(yàn)操作】（3）為了探究向心力與小球質(zhì)量的關(guān)系，實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)用皮帶將輪和輪相連，同時(shí)將球1和球3分別放在擋板（選填“A”或“B”）和擋板C處。（4）探究向心力與角速度的關(guān)系時(shí)，應(yīng)選擇小球（填“1和2”或“1和3”），并將兩小球放在擋板（選填“A”或“B”）和擋板C處。

【數(shù)據(jù)處理】（5）若某次實(shí)驗(yàn)小球1、2分別位于擋板A和擋板C處，皮帶將輪②和輪④相連，標(biāo)尺上顯示出小球1、2所受向心力之比為（填選項(xiàng)前字母符號）。A.2∶1 B.1∶2C.4∶1 D.1∶4聽課記錄1.原理：利用控制變量法探究向心力與質(zhì)量、角速度、半徑的定量關(guān)系。2.探究（1）保持兩小球質(zhì)量m和角速度ω相同，使轉(zhuǎn)動半徑r不同，比較向心力Fn與運(yùn)動半徑r之間的關(guān)系。（2）保持兩小球質(zhì)量m和運(yùn)動半徑r相同，使角速度ω不同，比較向心力Fn與角速度ω之間的關(guān)系。（3）保持運(yùn)動半徑r和角速度ω相同，用質(zhì)量m不同、大小相同的鋼球和鋁球，比較向心力Fn與質(zhì)量m的關(guān)系。3.數(shù)據(jù)處理分別作出Fn-ω2、Fn-r、Fn-m的圖像，分析向心力大小與角速度、半徑、質(zhì)量之間的關(guān)系，并得出結(jié)論。4.注意事項(xiàng)搖動手柄時(shí)應(yīng)緩慢加速，注意觀察其中一個標(biāo)尺的格數(shù)。達(dá)到預(yù)定格數(shù)時(shí)，即保持轉(zhuǎn)速恒定，觀察并記錄其余讀數(shù)。（2024·湖南邵陽模擬）用如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置來探究小球做圓周運(yùn)動所需向心力的大小F與質(zhì)量m、角速度ω和半徑r之間的關(guān)系，轉(zhuǎn)動手柄使長槽和短槽分別隨塔輪勻速轉(zhuǎn)動，槽內(nèi)的球就做勻速圓周運(yùn)動。橫臂的擋板對球的壓力提供了向心力，球?qū)醢宓姆醋饔昧νㄟ^橫臂的杠桿作用使彈簧測力套筒下降，從而露出標(biāo)尺，標(biāo)尺上的紅白相間的等分格顯示出兩個小球所受向心力的比值。實(shí)驗(yàn)用球分為鋼球和鋁球，請回答相關(guān)問題：（1）在某次實(shí)驗(yàn)中，某同學(xué)把兩個質(zhì)量相等的鋼球放在A、C位置，A、C到塔輪中心距離相等，將皮帶處于左、右塔輪的半徑不等的層上。轉(zhuǎn)動手柄，觀察左右標(biāo)尺的刻度，此時(shí)可探究向心力的大小與的關(guān)系。A.質(zhì)量m B.角速度ωC.半徑r（2）在（1）的實(shí)驗(yàn)中，某同學(xué)勻速轉(zhuǎn)動手柄時(shí)，左邊標(biāo)尺露出4個格，右邊標(biāo)尺露出1個格，則皮帶連接的左、右塔輪半徑之比為；其他條件不變，若增大手柄轉(zhuǎn)動的速度，則左、右兩標(biāo)尺的示數(shù)將，兩標(biāo)尺示數(shù)的比值（均選填“變大”“變小”或“不變”）?！镜淅浚?024·河北石家莊月考）某同學(xué)用如圖（a）所示的裝置探究鋼質(zhì)小球自由擺動至最低點(diǎn)時(shí)的速度大小與此時(shí)細(xì)線拉力的關(guān)系。其中力傳感器顯示的是小球自由擺動過程中各個時(shí)刻細(xì)線拉力FT的大小，光電門測量的是小球通過光電門的擋光時(shí)間Δt。（1）調(diào)整細(xì)線長度，使細(xì)線懸垂時(shí)，小球中心恰好位于光電門中心。（2）要測量小球通過光電門的速度，還需測出（寫出需要測量的物理量及其表示符號），小球通過光電門的速度表達(dá)式為v＝。（用題中所給字母和測出的物理量符號表示）（3）由于光電門位于細(xì)線懸點(diǎn)的正下方，此時(shí)細(xì)線的拉力就是力傳感器顯示的各個時(shí)刻的拉力FT中的（選填“最大值”“最小值”或“平均值”）。（4）改變小球通過光電門的速度，重復(fù)實(shí)驗(yàn)，測出多組速度v和對應(yīng)拉力FT的數(shù)據(jù)，作出FT-v2圖像如圖（b）所示。已知當(dāng)?shù)刂亓铀俣萭＝9.7m/s2，則由圖像可知，小球的質(zhì)量為kg，光電門到懸點(diǎn)的距離為m。三步穩(wěn)解題（1）分析實(shí)驗(yàn)?zāi)康模禾骄夸撡|(zhì)小球自由擺動至最低點(diǎn)時(shí)的速度大小與此時(shí)細(xì)線拉力的關(guān)系。（2）確定實(shí)驗(yàn)原理①速度測量原理：小球通過光電門測速度v＝xt②速度v和拉力FT的關(guān)系：根據(jù)牛頓第二定律FT－F1＝mv2r（3）制定數(shù)據(jù)處理方案：根據(jù)牛頓第二定律推導(dǎo)出速度v和對應(yīng)拉力FT的關(guān)系式，結(jié)合圖像分析圖線的斜率與截距的含義，求出小球的質(zhì)量及半徑。聽課記錄如圖所示是“DIS向心力實(shí)驗(yàn)器”，當(dāng)質(zhì)量為m的砝碼隨旋轉(zhuǎn)臂一起在水平面內(nèi)做半徑為r的圓周運(yùn)動時(shí)，所需的向心力可通過牽引桿由力傳感器測得，旋轉(zhuǎn)臂另一端的擋光桿（擋光桿的擋光寬度為Δs，旋轉(zhuǎn)半徑為R）每經(jīng)過光電門一次，通過力傳感器和光電門就同時(shí)獲得一組向心力大小F和角速度ω的數(shù)據(jù)。（1）某次旋轉(zhuǎn)