2022年高考物理一轮复习（人教2） 第4章 实验 探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系.docx

实验　探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系
目标要求　1.会用控制变量法探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系.2.体会用作图法处理数据及化曲为直的思想．
实验技能储备
1．实验思路
本实验探究了向心力与多个物理量之间的关系，因而实验方法采用了控制变量法，如图1所示，匀速转动手柄，可以使塔轮、长槽和短槽匀速转动，槽内的小球也就随之做匀速圆周运动，此时小球向外挤压挡板，挡板对小球有一个向内的(指向圆周运动圆心)的弹力作为小球做匀速圆周运动的向心力，而该弹力大小可以通过标尺上刻度读出，该读数显示了向心力大小．
图1
在实验过程中可以通过两个小球同时做圆周运动对照，分别分析下列情形：
(1)在质量、半径一定的情况下，探究向心力大小与角速度的关系．
(2)在质量、角速度一定的情况下，探究向心力大小与半径的关系．
(3)在半径、角速度一定的情况下，探究向心力大小与质量的关系．
2．实验器材
向心力演示器、质量不等的小球．
3．实验过程
(1)分别将两个质量相等的小球放在实验仪器的两个小槽中，且小球到转轴(即圆心)距离相同即圆周运动半径相同．将皮带放置适当位置使两转盘转动，记录不同角速度下的向心力大小．
(2)分别将两个质量相等的小球放在实验仪器的长槽和短槽两个小槽中，将皮带放置适当位置使两转盘转动角速度相等、小球到转轴(即圆心)距离不同即圆周运动半径不等，记录不同半径的向心力大小．
(3)分别将两个质量不相等的小球放在实验仪器的两个小槽中，且小球到转轴(即圆心)距离相同即圆周运动半径相等，将皮带放置适当位置使两转盘转动角速度相等，记录不同质量下的向心力大小．
4．数据处理
分别作出Fn－ω2、Fn－r、Fn－m的图象，分析向心力与角速度、半径、质量之间的关系，并得出结论．
5．注意事项
摇动手柄时应力求缓慢加速，注意观察其中一个标尺的格数．达到预定格数时，即保持转速恒定，观察并记录其余读数．
考点一　教材原型实验
例1　(2020·北京市海淀中关村中学高三三模)在探究小球做圆周运动所需向心力的大小F与质量m、角速度ω和半径r之间的关系的实验中．
(1)在探究向心力的大小F与角速度ω的关系时，要保持________相同．
A．ω和r B．ω和m
C．m和r D．m和F
(2)本实验采用的实验方法是________．
A．累积法 B．控制变量法
C．微元法 D．放***
(3)甲同学在进行如图2甲所示的实验，他是在探究向心力的大小F与________的关系．可以得到的正确结果是________．
图2
(4)乙同学把两小球都换为钢球，且质量相等，如图乙所示，实验中观察到标尺上黑白相间的等分格显示出两个小球所受向心力的比值为1∶4.由圆周运动知识可以判断与皮带连接的变速塔轮相对应的半径之比为________．
答案　(1)C　(2)B　(3)质量　在半径和角速度一定的情况下，向心力的大小与质量成正比　(4)2∶1
解析　(1)在探究向心力的大小F与质量m、角速度ω和半径r之间的关系时，需先控制其他物理量不变，探究另外两个物理量的关系．所以在探究向心力的大小F与角速度ω的关系时，要保持小球的质量与运动的半径相同．故选C.
(2)在实验时需先控制