實驗6探究向心力大小與半徑角速度質(zhì)量的關(guān)系

實驗六探究向心力大小與半徑、角速度、質(zhì)量的關(guān)系1.為驗證勻速圓周運動的向心力與線速度之間的定量關(guān)系，某同學(xué)設(shè)計了如下圖所示的實驗裝置．其中AB是固定在豎直轉(zhuǎn)軸OO′上的水平臺，A端固定的壓力傳感器可測出小鋼球?qū)ζ鋲毫Φ拇笮。珺端固定一寬度為d的擋光片，光電門可測量擋光片每一次的擋光時間．實驗步驟如下：①測出擋光片與轉(zhuǎn)軸間的距離L.②將小鋼球緊靠傳感器放置在平臺上，測出球心與轉(zhuǎn)軸的距離r.③使平臺AB繞轉(zhuǎn)軸OO′勻速轉(zhuǎn)動．④記錄壓力傳感器的示數(shù)F和對應(yīng)的擋光時間Δt.⑤保持小鋼球質(zhì)量m和距離r不變，多次改變轉(zhuǎn)動角速度，記錄壓力傳感器示數(shù)F和對應(yīng)的擋光時間Δt.(1)小鋼球轉(zhuǎn)動的線速度v＝________.(用L、r、d、Δt表示)(2)用圖像法處理實驗數(shù)據(jù)時，若縱軸表示F，則橫軸應(yīng)表示________為宜，則在誤差允許范圍內(nèi)，圖像應(yīng)為一條____________________________，其斜率的物理意義為________．(均用m、r、v表示)2.為了探究“物體做勻速圓周運動時，向心力與哪些因素有關(guān)”，某同學(xué)進行了如下實驗：如圖甲所示，繩子的一端拴一個小沙袋，繩上離小沙袋L處打一個繩結(jié)A,2L處打另一個繩結(jié)B.請一位同學(xué)幫助用秒表計時．如圖乙所示，做了四次體驗性操作．操作1：手握繩結(jié)A，使沙袋在水平面內(nèi)做勻速圓周運動，每秒運動1周．體驗此時繩子拉力的大?。僮?：手握繩結(jié)B，使沙袋在水平面內(nèi)做勻速圓周運動，每秒運動1周．體驗此時繩子拉力的大小．操作3：手握繩結(jié)A，使沙袋在水平面內(nèi)做勻速圓周運動，每秒運動2周．體驗此時繩子拉力的大?。僮?：手握繩結(jié)A，增大沙袋的質(zhì)量到原來的2倍，使沙袋在水平面內(nèi)做勻速圓周運動，每秒運動1周，體驗此時繩子拉力的大?。?1)操作2與操作1中，體驗到繩子拉力較大的是____________．(2)操作3與操作1中，體驗到繩子拉力較大的是____________．(3)操作4與操作1中，體驗到繩子拉力較大的是____________．(4)總結(jié)以上四次體驗性操作，可知物體做勻速圓周運動時，向心力大小與__________有關(guān)．A.半徑 B.質(zhì)量C.周期 D.線速度的方向(5)實驗中，人體驗到的繩子的拉力________(填“是”或“不是”)沙袋做圓周運動的向心力．3.某同學(xué)做驗證向心力與線速度關(guān)系的實驗．裝置如圖所示，一輕質(zhì)細線上端固定在拉力傳感器上，下端懸掛一小鋼球．鋼球靜止時剛好位于光電門中央．主要實驗步驟如下：①用游標卡尺測出鋼球直徑d.②將鋼球懸掛靜止不動，此時力傳感器示數(shù)為F1，用米尺量出線長L.③將鋼球拉到適當?shù)母叨忍庒尫?，光電門計時器測出鋼球的遮光時間為t，力傳感器示數(shù)的最大值為F2.已知當?shù)氐闹亓铀俣葹間.(1)鋼球經(jīng)過光電門時的線速度表達式為v＝________，向心力表達式為F向＝meq\f(v2,R)＝________.(2)鋼球經(jīng)過光電門時的所受合力的表達式為F合＝________.(3)若在實驗誤差允許的范圍內(nèi)F向＝F合，則驗證了向心力與線速度的關(guān)系．該實驗可能的誤差是______________．(寫出一條即可)4.某同學(xué)用圖甲所示的裝置探究物體做圓周運動的向心力大小與半徑、線速度、質(zhì)量的關(guān)系．用一根細線系住鋼球，另一端連接在固定于鐵架臺上端的力傳感器上，鋼球靜止于A點，將光電門固定在A的正下方．鋼球底部豎直地粘住一片寬度為x的遮光條．(1)用天平測出小球質(zhì)量，用刻度尺測出擺線長度，用游標卡尺測出鋼球直徑，示數(shù)如圖乙所示，鋼球直徑d＝________mm.(2)將鋼球拉至不同位置由靜止釋放，讀出鋼球經(jīng)過A點時力傳感器的讀數(shù)F及光電門的遮光時間t，算出鋼球速度的平方值，具體數(shù)據(jù)如下表：12345F/N0.1240.1430.1620.1810.200v2/(m2·s－2)2.04.05.88.010.1請在下面的坐標圖中，畫出F－v2的關(guān)系圖像．(3)由圖像可知，鋼球的重力為________N.(4)若圖像的斜率為k，小球質(zhì)量為m，重力加速度為g，則F與v2的關(guān)系式為__________________(用所給物理量的符號表示)．(5)某同學(xué)通過