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实验六探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系

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1.[2023·山东临沂模拟]如图所示为“探究向心力大小的表达式”的实验装置——向心力演示

器,转动手柄,可使变速塔轮、长槽和短槽随之匀速转动.槽内的小球也随着做匀速圆周运动.

使小球做匀速圆周运动的向心力由挡板对小球的压力提供,球对挡板的反作用力通过与挡板

相连的横臂的杠杆作用使弹簧测力筒下降,从而露出标尺,根据标尺露出的等分格,可以计算

出两小球所受向心力大小的比值.左、右变速塔轮通过皮带连接,并可通过改变皮带所处的层

来改变左、右塔轮的角速度之比.实验时,将两个小球分别放在挡板C处和挡板的A(或B)处,

已知A、C到塔轮中心的距离相等,B到塔轮中心的距离是A到塔轮中心的距离的2倍.

(1)在该实验中,主要利用了来探究向心力与质量、半径、角速度之间的关系.

A.理想实验法B.微元法

C.控制变量法D.等效替代法

(2)在某次实验中,一组同学把两个完全相同的小球分别放在A、C位置,将皮带处于塔轮的某

一层上.匀速转动手柄时,左边标尺露出4个分格,右边标尺露出1个分格,则A、C位置处的小

球转动所需的向心力之比为,皮带连接的左、右塔轮半径之比为,此次实验

说明.

2.[2023·湖北黄冈模拟]如图甲所示是某同学探究做圆周运动的物体质量、向心力、轨道半

径及线速度关系的实验装置,圆柱体放置在水平光滑圆盘上做匀速圆周运动.力传感器测量向

心力F,速度传感器测量圆柱体的线速度v,该同学通过保持圆柱体质量和运动半径不变,来探

究向心力F与线速度v的关系.

(1)该同学采用的实验方法为(填选项前的字母).

A.等效替代法

B.控制变量法

C.理想化模型法

(2)改变线速度v,多次测量,该同学测出了五组F、v数据如下表所示:

-1

v/(m·s)1.01.52.02.53.0

F/N0.882.003.505.507.90

该同学对数据分析后,在图乙坐标纸上描出了五个点.

2

①在图乙中作出F-v图线.

2

②若圆柱体运动半径r0.2m,由作出的F-v的图线可得圆柱体的质量mkg.(结果

保留两位有效数字)

3.[2023·广东广州模拟]用如图甲所示的向心力实验器,定量探究匀速圆周运动所需向心力的

大小与物体的质量、角速度、运动半径之间的关系.如图甲,光电门传感器和力传感器固定在

向心力实验器上,并与数据采集器连接;旋臂上的砝码通过轻质杆与力传感器相连,以测量砝

码所受向心力F的大小;宽为d的挡光杆固定在距旋臂转轴水平距离为L的另一端,挡光杆通

过光电门传感器时,计算机可算出旋臂的角速度ω.

现研究向心力大小与角速度的关系,完成下列内容:

(1)调节砝码到旋臂转轴的水平距离,拨动旋臂使之转动.挡光杆某次经过光电门的挡光时间

为Δt,则此时挡光杆的线速度大小为,砝码做圆周运动的角速度大小为.(用

d、L、Δt表示)

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(2)计算机利用数据采集器生成的F-ω数据点拟合成一条F-ω图线如图乙.由图乙可知,砝码

做圆周运动所需向心力的大小与角速度的关系是:

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