高中人教物理实验六　探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系 教案.doc

实验六　探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系
1．学会使用向心力演示器。
2．通过实验探究向心力大小与物体的质量、速度和轨道半径的关系。
1．探究方法：控制变量法。
2．实验思路
(1)控制两物体的质量和转动半径相同，探究向心力大小与转动角速度的定量关系。
(2)控制两物体的质量和转动角速度相同，探究向心力大小与转动半径的定量关系。
(3)控制两物体的转动半径和角速度相同，探究向心力大小与物体质量的定量关系。
向心力演示器(如图)，三个金属球(半径相同，其中两个为质量相同的钢球，另一个为质量是钢球一半的铝球)。
如图所示，匀速转动手柄1，可以使变速塔轮2和3以及长槽4和短槽5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横臂6的挡板对小球的压力提供。球对挡板的反作用力，通过横臂的杠杆作用使弹簧测力套筒7下降，从而露出标尺8。根据标尺8上露出的红白相间等分标记，可以粗略计算出两个球所受向心力的比值。
1．把两个质量相同的小球分别放在长槽和短槽上，使它们的转动半径相同。调整塔轮上的皮带，使两个小球的角速度不同。注意向心力的大小与角速度的关系。
2．保持两个小球质量不变，增大长槽上小球的转动半径。调整塔轮上的皮带，使两个小球的角速度相同。注意向心力的大小与转动半径的关系。
3．换成质量不同的球，分别使两球的转动半径相同。调整塔轮上的皮带，使两个小球的角速度也相同。注意向心力的大小与小球质量的关系。
4．重复几次以上实验。
1．表格法
(1)m、r一定
实验次数
F1/格
F2/格
1
2
3
(2)m、ω一定
实验次数
F1/格
F2/格
1
2
3
(3)r、ω一定
实验次数
F1/格
F2/格
1
2
3
2．图像法
分别作出Fn­ω2、Fn­r、Fn­m的图像。
1．在质量和轨道半径一定的情况下，向心力的大小与角速度的平方成正比。
2．在质量和角速度一定的情况下，向心力的大小与轨道半径成正比。
3．在轨道半径和角速度一定的情况下，向心力的大小与质量成正比。
1．污渍、生锈等使小球的质量、轨道半径变化，带来的误差。
2．仪器不水平带来的误差。
3．标尺读数不准带来的误差。
4．皮带打滑带来的误差。
1．实验前要做好横臂支架安全检查，检查螺钉是否有松动，保持仪器水平。
2．实验时转速应从慢到快，且转速不宜过快，以免损坏测力弹簧。
3．注意防止皮带打滑，尽可能保证ω比值不变。
4．注意仪器的保养，延长仪器使用寿命，并提高实验可信度。
考点1　　实验原理与实验操作
例1　(2021·四川省泸州市古蔺县中学高三一模)用如图所示的向心力演示器探究向心力大小与哪些因素有关。匀速转动手柄，可以使变速塔轮以及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横臂的挡板对小球的压力提供，球对挡板的反作用力，通过横臂的杠杆作用使弹簧测力套筒下降，从而露出标尺。
(1)若左右标尺露出长度之比为3∶1，则可以说明左右两边小球所需向心力大小之比为________。
(2)在研究向心力的大小Fn与质量m、角速度ω和轨道半径r之间的关系时，我们主要用到了物理学中的________。
A．理想实验法 B.等效替代法
C．控制变量法 D.演绎法
(3)在探究向心力Fn的大小与角速度ω的关系的过程中，将两个大小和质量相同的小球1、2分别置于长槽和短槽中，下面的操作中能得到小球1、2转动的角速度之比为1∶3的是(皮带不打滑)________。
A．小球1、2做圆周运动的半径之比为1∶3，皮带连接的变速塔轮1、2的半径之比为1∶1
B．小球1、2做圆周运动的半径之比为3∶1，皮带连接的变速塔轮1、2的半径之比为1∶1
C．小球1、2做圆周运动的半径之比为1∶1，皮带连接的变速塔轮1、2的半径之比为1∶3
D．小球1、2做圆周运动的半径之比为1∶1，皮带连接的变速塔轮1、2的半径之比为3∶1
尝试解答　(1)3∶1__(2)C__(3)D。
(1)挡板对小球的弹力之比等于弹簧的弹力之比，根据胡克定律可知，还等于标尺露出长度之比，即小球做圆周运动所需的向心力之比也为3∶1。
(2)在研究向心力Fn的大小与质量m、角速度ω和轨道半径r之间的关系时，我们主要用到了物理学中的控制变量法，故选C。
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