一輪復(fù)習(xí)學(xué)案實驗六探究影響向心力大小的因素

實驗六探究影響向心力大小的因素實驗溯本求源向心力大小與哪些因素有關(guān)的定性感知．(1)在小物體的質(zhì)量和角速度不變的條件下，改變小物體做圓周運動的半徑進行實驗．(2)在小物體的質(zhì)量和做圓周運動的半徑不變的條件下，改變物體的角速度進行實驗．(3)換用不同質(zhì)量的小物體，在角速度和半徑不變的條件下，重復(fù)上述操作．●注意事項1．定性感知實驗中，輕小物體受到的重力與拉力相比可忽略．2．使用向心力演示儀時應(yīng)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(yīng)力求緩慢加速，注意觀察其中一個測力計的格數(shù)．達到預(yù)定格數(shù)時，即保持轉(zhuǎn)速均勻恒定.實驗熱點探究熱點一教材原型實驗題型1定性分析影響向心力大小的因素例1如圖所示，同學(xué)們分小組探究影響向心力大小的因素．同學(xué)們用細繩系一紙杯(杯中有30mL的水)在空中甩動，使杯在水平面內(nèi)做圓周運動，來感受向心力．(1)下列說法中正確的是________．A．保持質(zhì)量、繩長不變，增大轉(zhuǎn)速，繩對手的拉力將不變B．保持質(zhì)量、繩長不變，增大轉(zhuǎn)速，繩對手的拉力將增大C．保持質(zhì)量、角速度不變，增大繩長，繩對手的拉力將不變D．保持質(zhì)量、角速度不變，增大繩長，繩對手的拉力將增大(2)如圖甲，繩離杯心40cm處打一結(jié)點A,80cm處打一結(jié)點B，學(xué)習(xí)小組中一位同學(xué)手表記時，另一位同學(xué)操作，其余同學(xué)記錄實驗數(shù)據(jù)：操作一：手握繩結(jié)A，使杯在水平方向每秒運動一周，體會向心力的大?。僮鞫菏治绽K結(jié)B，使杯在水平方向每秒運動一周，體會向心力的大?。僮魅菏治绽K結(jié)A，使杯在水平方向每秒運動二周，體會向心力的大?。僮魉模菏治绽K結(jié)A，再向杯中添加30mL的水，使杯在水平方向每秒運動一周，體會向心力的大小.則：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(xué)中此種實驗方法叫____________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(xué)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(xué)的說法是否正確，為什么？________________________________________________________________________________________________________________________________________________.題型2影響向心力大小因素的定量分析例2如圖所示是探究向心力的大小F與質(zhì)量m、角速度ω和半徑r之間的關(guān)系的實驗裝置圖，轉(zhuǎn)動手柄1，可使變速輪塔2和3以及長槽4和短槽5隨之勻速轉(zhuǎn)動．皮帶分別套在輪塔2和3上的不同圓盤上，可使兩個槽內(nèi)的小球6、7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8的擋板對小球的壓力提供，球?qū)醢宓姆醋饔昧?，通過橫臂8的杠桿作用使彈簧測力套筒9下降，從而露出標(biāo)尺10，標(biāo)尺10上露出的紅白相間的等分格顯示出兩個球所受向心力的比值．那么：(1)現(xiàn)將兩小球分別放在兩邊的槽內(nèi)，為了探究小球受到的向心力大小和角速度的關(guān)系，下列說法中正確的是________．A．在小球運動半徑相等的情況下，用質(zhì)量相同的小球做實驗B．在小球運動半徑相等的情況下，用質(zhì)量不同的小球做實驗C．在小球運動半徑不等的情況下，用質(zhì)量不同的小球做實驗D．在小球運動半徑不等的情況下，用質(zhì)量相同的小球做實驗(2)在該實驗中應(yīng)用了________(選填“理想實驗法”“控制變量法”或“等效替代法”)來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．(3)當(dāng)用兩個質(zhì)量相等的小球做實驗，且左邊小球的軌道半徑為右邊小球的2倍時，轉(zhuǎn)動時發(fā)現(xiàn)右邊標(biāo)尺上露出的紅白相間的等分格數(shù)為左邊的2倍，那么，左邊輪塔與右邊輪塔之間的角速度之比為________．練1用如圖所示的裝置可以探究做勻速圓周運動的物體需要的向心力的大小與哪些因素有關(guān)．(1)本實驗采用的科學(xué)方法是________．A．控制變量法B．累積法C．微元法D．放大法(2)圖示情景正在探究的是________．A．向心力的大小與半徑的關(guān)系B．向心力的大小與線速度大小的關(guān)系C．向心力的大小與角速度大小的關(guān)系D．向心力的大小與物體質(zhì)量的關(guān)系(3)通過本實驗可以得到的結(jié)果是________．A．在質(zhì)量和半徑一定的情況下，向心力的大小與角速度成正比B．在質(zhì)量和半徑一定的情況下，向心力的大小與線速度的大小成正比C．在半徑和角速度一定的情況下，向心力的大小與質(zhì)量成正比D．在質(zhì)量和角速度一定的情況下，向心力的大小與半徑成反比熱點二實驗拓展創(chuàng)新例3在“用圓錐擺驗證向心力的表達式”實驗中，如圖甲所示，懸點剛好與一個豎直的刻度尺零刻度線對齊．將畫著幾個同心圓的白紙置于水平桌面上，使鋼球靜止時剛好位于圓心．用手帶動鋼球，設(shè)法使它剛好沿紙上某個半徑r做圓周運動，鋼球的質(zhì)量為m，重力加速度為g.(1)用秒表記錄運動n圈的總時間為t，那么小球做圓周運動中需要的向心力表達式為Fn＝________.(2)通過刻度尺測得小球軌道平面距懸點的高度為h，那么小球做圓周運動中外力提供的向心力表達式為Fn＝________.(3)改變小球做圓周運動的半徑，多次實驗，得到如圖乙所示t2n2－h(huán)練2如圖甲所示是某同學(xué)探究做圓周運動的物體質(zhì)量、向心力、軌道半徑及線速度關(guān)系的實驗裝置，做勻速圓周運動的圓柱體放置在水平光滑圓盤上，力傳感器測量向心力F，速度傳感器測量圓柱體的線速度v，該同學(xué)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v的關(guān)系：(1)該同學(xué)采用的實驗方法為________．A．等效替代法B．控制變量法C．理想化模型法D．比值法(2)改變線速度v，多次測量，該同學(xué)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(xué)對數(shù)據(jù)分析后，在圖乙坐標(biāo)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圖線可得圓柱體的質(zhì)量m＝_____kg(保留兩位有效數(shù)字)．實驗六探究影響向心力大小的因素實驗熱點探究例1解析：(1)由題意，根據(jù)向心力公式，F(xiàn)向＝mω2r，由牛頓第二定律，則有T拉＝mω2r；保持質(zhì)量、繩長不變，增大轉(zhuǎn)速，根據(jù)公式可知，繩對手的拉力將增大，故A錯誤，B正確；保持質(zhì)量、角速度不變，增大繩長，據(jù)公式可知，繩對手的拉力將變大，故C錯誤，D正確．(2)根據(jù)向心力公式F向＝mω2r，由牛頓第二定律，則有T拉＝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(xué)中此種實驗方法叫控制變量法．該同學(xué)受力分析的對象是自己的手，我們實驗受力分析的對象是水杯，細線的拉力提供水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)BD(2)①線速度(角速度)、半徑質(zhì)量②控制變量③說法不對，該同學(xué)受力分析的對象是自己的手，我們實驗受力分析的對象是水杯，細線的拉力提供水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，背離圓心例2解析：(1)根據(jù)F＝mrω2，知要研究小球受到的向心力大小與角速度的關(guān)系，需控制小球的質(zhì)量和半徑不變，所以A選項是正確的，B、C、D錯誤．(2)由前面分析可以知道該實驗采用的是控制變量法．(3)線速度相等，則角速度與半徑成反比，故可以知道左邊輪塔與右邊輪塔之間的角速度之比為1:2.答案：(1)A(2)控制變量法(3)1：2練1解析：(1)在這兩個裝置中，控制半徑、角速度不變，只改變質(zhì)量，來研究向心力與質(zhì)量之間的關(guān)系，故采用控制變量法，A正確．(2)控制半徑、角速度不變，只改變質(zhì)量，來研究向心力與質(zhì)量之間的關(guān)系，所以D選項是正確的．(3)通過控制變量法，得到的結(jié)果為在半徑和角速度一定的情況下，向心力的大小與質(zhì)量成正比，所以C選項是正確的．答案：(1)A(2)D(3)C例3解析：(1)根據(jù)向心力公式：Fn＝meq\f(v2,r)，而v＝eq\f(2πr,T)，T＝eq\f(t,n)得：Fn＝meq\f(4π2n2,t2)r.(2)如圖由幾何關(guān)系可得：Fn＝mgtanθ＝mgeq\f(r,h).(3)由上面分析得：mgeq\f(r,h)＝meq\f(4π2n2,t2)r，整理得：eq\f(t2,n2)＝eq\f(4π2,g)·h故斜率表達式為：k＝eq\f