實(shí)驗(yàn)六探究向心力大小與半徑、角速度、質(zhì)量的關(guān)系目標(biāo)要求1.會(huì)用控制變量法探究向心力大小與半徑、角速度、質(zhì)量的關(guān)系.2.會(huì)用作圖法處理數(shù)據(jù)，掌握化曲為直的思想．實(shí)驗(yàn)技能儲(chǔ)備1．實(shí)驗(yàn)思路本實(shí)驗(yàn)探究向心力與多個(gè)物理量之間的關(guān)系，因而實(shí)驗(yàn)方法采用了________________，如圖所示，勻速轉(zhuǎn)動(dòng)手柄，可以使塔輪、長(zhǎng)槽和短槽勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，槽內(nèi)的小球也就隨之做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，此時(shí)小球向外擠壓擋板，擋板對(duì)小球有一個(gè)向內(nèi)(指向圓周運(yùn)動(dòng)的圓心)的彈力作為小球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的向心力，可以通過(guò)________上露出的紅白相間等分標(biāo)記，粗略計(jì)算出兩球所需向心力的比值．在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中可以通過(guò)兩個(gè)小球同時(shí)做圓周運(yùn)動(dòng)對(duì)照，分別分析下列情形：(1)在________________一定的情況下，探究向心力大小與角速度的關(guān)系．(2)在________________一定的情況下，探究向心力大小與半徑的關(guān)系．(3)在________________一定的情況下，探究向心力大小與質(zhì)量的關(guān)系．2．實(shí)驗(yàn)器材向心力演示器、小球．3．實(shí)驗(yàn)過(guò)程(1)分別將兩個(gè)質(zhì)量相等的小球放在實(shí)驗(yàn)儀器的兩個(gè)小槽中，且小球到轉(zhuǎn)軸(即圓心)距離相同，即圓周運(yùn)動(dòng)半徑相同．將皮帶放置在適當(dāng)位置使兩轉(zhuǎn)盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)，記錄不同角速度下的向心力大小(格數(shù))．(2)分別將兩個(gè)質(zhì)量________的小球放在實(shí)驗(yàn)儀器的長(zhǎng)槽和短槽兩個(gè)小槽中，將皮帶放置在適當(dāng)位置使兩轉(zhuǎn)盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)角速度________，小球到轉(zhuǎn)軸(即圓心)距離不同，即圓周運(yùn)動(dòng)半徑不等，記錄不同半徑的向心力大小(格數(shù))．(3)分別將兩個(gè)質(zhì)量不相等的小球放在實(shí)驗(yàn)儀器的兩個(gè)小槽中，且小球到轉(zhuǎn)軸(即圓心)距離相同，即圓周運(yùn)動(dòng)半徑相等，將皮帶放置在適當(dāng)位置使兩轉(zhuǎn)盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)角速度相等，記錄不同質(zhì)量下的向心力大小(格數(shù))．4．?dāng)?shù)據(jù)處理分別作出________、F－r、F－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．5．注意事項(xiàng)搖動(dòng)手柄時(shí)應(yīng)緩慢加速，注意觀察其中一個(gè)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)．考點(diǎn)一教材原型實(shí)驗(yàn)例1(2023·湖南邵陽(yáng)市第二中學(xué)模擬)用如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置來(lái)探究小球做圓周運(yùn)動(dòng)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(dòng)手柄使長(zhǎng)槽和短槽分別隨塔輪勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，槽內(nèi)的球就做勻速圓周運(yùn)動(dòng)．橫臂的擋板對(duì)球的壓力提供了向心力，球?qū)醢宓姆醋饔昧νㄟ^(guò)橫臂的杠桿作用使彈簧測(cè)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(gè)小球所受向心力的比值．實(shí)驗(yàn)用球分為鋼球和鋁球，請(qǐng)回答相關(guān)問(wèn)題：(1)在某次實(shí)驗(yàn)中，某同學(xué)把兩個(gè)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(dòng)手柄，觀察左右標(biāo)尺的刻度，此時(shí)可研究向心力的大小與______的關(guān)系．A．質(zhì)量mB．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(dòng)手柄時(shí)，左邊標(biāo)尺露出4個(gè)格，右邊標(biāo)尺露出1個(gè)格，則皮帶連接的左、右塔輪半徑之比為_(kāi)_______；其他條件不變，若增大手柄轉(zhuǎn)動(dòng)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”)．例2用如圖所示的向心力演示器探究向心力大小的表達(dá)式．勻速轉(zhuǎn)動(dòng)手柄，可以使變速塔輪以及長(zhǎng)槽和短槽隨之勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，槽內(nèi)的小球也隨著做勻速圓周運(yùn)動(dòng)．使小球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的向心力由橫臂的擋板對(duì)小球的壓力提供，球?qū)醢宓姆醋饔昧νㄟ^(guò)橫臂的杠桿作用使彈簧測(cè)力套筒下降，從而露出標(biāo)尺．(1)為了探究向心力大小與物體質(zhì)量的關(guān)系，可以采用______________________(選填“等效替代法”“控制變量法”或“理想模型法”).(2)根據(jù)標(biāo)尺上露出的等分標(biāo)記，可以粗略計(jì)算出兩個(gè)球做圓周運(yùn)動(dòng)所需的向心力大小之比；為研究向心力大小跟轉(zhuǎn)速的關(guān)系，應(yīng)比較表中的第1組和第________組數(shù)據(jù)．組數(shù)小球的質(zhì)量m/g轉(zhuǎn)動(dòng)半徑r/cm轉(zhuǎn)速n/(r·s－1)11213241(3)本實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生誤差的原因有______________________________________________________________________________________________________________.(寫(xiě)出一條即可)考點(diǎn)二探索創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)例3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(dòng)時(shí)，所需的向心力可通過(guò)牽引桿由力傳感器測(cè)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(guò)光電門(mén)一次，通過(guò)力傳感器和光電門(mén)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)過(guò)程中擋光桿經(jīng)過(guò)光電門(mén)時(shí)的遮光時(shí)間為Δt，則角速度ω＝________.(2)以F為縱坐標(biāo)，以________(選填“Δt”“eq\f(1,Δt)”“(Δt)2”或“eq\f(1,Δt2)”)為橫坐標(biāo)，可在坐標(biāo)紙中描出數(shù)據(jù)點(diǎn)作一條直線，該直線的斜率為k＝________.(用上述已知量的字母表示)例4某同學(xué)用如圖(a)所示裝置探究鋼質(zhì)小球自由擺動(dòng)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(dòng)過(guò)程中各個(gè)時(shí)刻細(xì)線拉力FT的大小，光電門(mén)測(cè)量的是鋼球通過(guò)光電門(mén)的擋光時(shí)間Δt.(1)調(diào)整細(xì)線長(zhǎng)度，使細(xì)線懸垂時(shí)，鋼球中心恰好位于光電門(mén)中心．(2)要測(cè)量小球通過(guò)光電門(mén)的速度，還需測(cè)出__________(寫(xiě)出需要測(cè)量的物理量及其表示符號(hào))，小球通過(guò)光電門(mén)的速度表達(dá)式為v＝__________.(用題中所給字母和測(cè)出的物理量符號(hào)表示)(3)由于光電門(mén)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(gè)時(shí)刻的拉力FT中的____________(選填“最大值”“最小值”或“