1、實驗六探究向心力大小與半徑、角速度、質量的關系【實驗目的實驗目的】1.1.定性感知向心力的大小與什么因素有關。定性感知向心力的大小與什么因素有關。2.2.學會使用向心力演示器。學會使用向心力演示器。3.3.探究向心力與質量、角速度、半徑的定量關系。探究向心力與質量、角速度、半徑的定量關系。【實驗原理實驗原理】1.1.探究方法探究方法: :控制變量法。控制變量法。2.2.定性感知實驗設計思路定性感知實驗設計思路: : 如圖所示如圖所示, ,細線穿在圓珠筆的桿中細線穿在圓珠筆的桿中, ,一端拴住小物體一端拴住小物體, ,另一端另一端用一只手牽住用一只手牽住, ,另一只手抓住圓珠筆桿并用力轉動另一只

2、手抓住圓珠筆桿并用力轉動, ,使小物使小物體做圓周運動體做圓周運動, ,可近似地認為作用在小物體上的細線的拉可近似地認為作用在小物體上的細線的拉力提供了圓周運動所需的向心力力提供了圓周運動所需的向心力, ,而細線的拉力可用牽住而細線的拉力可用牽住細線的手的感覺來判斷。細線的手的感覺來判斷。3.3.定量分析實驗設計思路定量分析實驗設計思路: :(1)(1)控制小球質量和半徑不變控制小球質量和半徑不變, ,探究向心加速度與角速度的關系。探究向心加速度與角速度的關系。(2)(2)控制小球質量和角速度不變控制小球質量和角速度不變, ,探究向心加速度與半徑的關系。探究向心加速度與半徑的關系。(3)(3)

3、控制小球半徑和角速度不變控制小球半徑和角速度不變, ,探究向心加速度與質量的關系。探究向心加速度與質量的關系。【實驗器材實驗器材】質量不同的小物體若干質量不同的小物體若干, ,空心圓珠筆桿空心圓珠筆桿, ,細線細線( (長約長約60 cm),60 cm),向心力演示器。向心力演示器。【實驗過程實驗過程】一、實驗儀器一、實驗儀器1.1.轉動手柄轉動手柄2.32.3變速塔輪變速塔輪4.4.長槽長槽5.5.短槽短槽6.6.橫臂橫臂7.7.測力套筒測力套筒8.8.標尺標尺二、實驗步驟二、實驗步驟1.1.向心力大小與哪些因素有關的定性感知。向心力大小與哪些因素有關的定性感知。(1)(1)在小物體的質量和

4、角速度不變的條件下在小物體的質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改變小物體做圓周運動的半徑進行實驗。行實驗。(2)(2)在小物體的質量和做圓周運動的半徑不變的條件下在小物體的質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改變物體的角速度進行實驗。行實驗。(3)(3)換用不同質量的小物體換用不同質量的小物體, ,在角速度和半徑不變的條件下在角速度和半徑不變的條件下, ,重復上述操作。重復上述操作。2.2.向心力與質量、角速度、半徑關系的定量分析。向心力與質量、角速度、半徑關系的定量分析。勻速轉動手柄勻速轉動手柄, ,可以使塔輪、長槽和短槽勻速轉動可以使塔輪、長槽

5、和短槽勻速轉動, ,槽內的小球也就隨之做勻槽內的小球也就隨之做勻速圓周運動。這時速圓周運動。這時, ,小球向外擠壓擋板小球向外擠壓擋板, ,擋板對小球的反作用力提供了小球做擋板對小球的反作用力提供了小球做勻速圓周運動的向心力。同時勻速圓周運動的向心力。同時, ,小球壓擋板的力使擋板另一端壓縮彈簧測力套小球壓擋板的力使擋板另一端壓縮彈簧測力套筒里的彈簧筒里的彈簧, ,彈簧的壓縮量可以從標尺上讀出彈簧的壓縮量可以從標尺上讀出, ,該讀數顯示了向心力大小。該讀數顯示了向心力大小。(1)(1)把兩個質量相同的小球放在長槽和短槽上把兩個質量相同的小球放在長槽和短槽上, ,使它們的轉動半徑相同。調整使它們

6、的轉動半徑相同。調整塔輪上的皮帶塔輪上的皮帶, ,使兩個小球的角速度不一樣。注意向心力的大小與角速度的關使兩個小球的角速度不一樣。注意向心力的大小與角速度的關系。系。(2)(2)保持兩個小球質量不變保持兩個小球質量不變, ,增大長槽上小球的轉動半徑。調整塔輪上的皮帶增大長槽上小球的轉動半徑。調整塔輪上的皮帶, ,使兩個小球的角速度相同。注意向心力的大小與半徑的關系。使兩個小球的角速度相同。注意向心力的大小與半徑的關系。(3)(3)換成質量不同的球換成質量不同的球, ,分別使兩球的轉動半徑相同。調整塔輪上的皮帶分別使兩球的轉動半徑相同。調整塔輪上的皮帶, ,使兩使兩個小球的角速度也相同。注意向心

7、力的大小與質量的關系。個小球的角速度也相同。注意向心力的大小與質量的關系。(4)(4)重復幾次以上實驗。重復幾次以上實驗。三、數據處理三、數據處理1.m1.m、r r一定一定序號序號1 12 23 34 45 56 6f f向向2 22.m2.m、一定一定3.r3.r、一定一定序號序號1 12 23 34 45 56 6f f向向r r序號序號1 12 23 34 45 56 6f f向向m m4.4.分別作出分別作出f f向向- - 2 2、f f向向-r-r、f f向向-m-m的圖象。的圖象。5.5.實驗結論實驗結論: :(1)(1)在質量和半徑一定的情況下在質量和半徑一定的情況下, ,向心力的大小與角速度的平方成正比。向心力的大小與角速度的平方成正比。(2)(2)在質量和角速度一定的情況下在質量和角速度一定的情況下, ,向心力的大小與半徑成正比。向心力的大小與半徑成正比。(3)(3)在半徑和角速度一定的情況下在半徑和角速度一定的情況下, ,向心力的大小與質量成正比。向心力的大小與質量成正比。【注意事項注意事項】1.1.定性感知實驗中定性感知實驗中, ,輕小物體受到的重力與拉力相比可忽略。輕小物體受到的重力與拉力相比可忽略。2.2.使用向心力演示儀時應注意使用向心力演示儀時應注意: :(1)(1)將橫臂緊固螺釘旋緊將橫臂緊固螺釘旋緊, ,以防小球和其他部件