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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【实验目的】1.定性感知向心力的大小与什么因素有关。2.学会使用向心力演示器。3.探究向心力与质量、角速度、半径的定量关系。【实验原理】1.探究方法:控制变量法。2.定性感知实验设计思路:如图所示,细线穿在圆珠笔的杆中,一端拴住小物体,另一端用一只手牵住,另一只手抓住圆珠笔杆并用力转动,使小物体做圆周运动,可近似地认为作用在小物体上的细线的拉力提供了圆周运动所需的向心力,而细线的拉力可用牵住细线的手的感觉来判断。3.定量分析实验设计思路:(1)控制小球质量和半径不变,探究向心加速度与角速度的关系。(2)控制小球质量和角速度不变,探究向心加速度与半径的关系。(3)控制小球半径和角速度不变,探究向心加速度与质量的关系。【实验器材】质量不同的小物体若干,空心圆珠笔杆,细线(长约60cm),向心力演示器。【实验过程】一、实验仪器1.转动手柄2.3变速塔轮4.长槽5.短槽6.横臂7.测力套筒8.标尺二、实验步骤1.向心力大小与哪些因素有关的定性感知。(1)在小物体的质量和角速度不变的条件下,改变小物体做圆周运动的半径进行实验。(2)在小物体的质量和做圆周运动的半径不变的条件下,改变物体的角速度进行实验。(3)换用不同质量的小物体,在角速度和半径不变的条件下,重复上述操作。2.向心力与质量、角速度、半径关系的定量分析。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。这时,小球向外挤压挡板,挡板对小球的反作用力提供了小球做匀速圆周运动的向心力。同时,小球压挡板的力使挡板另一端压缩弹簧测力套筒里的弹簧,弹簧的压缩量可以从标尺上读出,该读数显示了向心力大小。(1)把两个质量相同的小球放在长槽和短槽上,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一样。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质量的关系。(4)重复几次以上实验。三、数据处理1.m、r一定序号123456F向ωω22.m、ω一定3.r、ω一定序号123456F向r序号123456F向m4.分别作出F向-ω2、F向-r、F向-m的图象。5.实验结论:(1)在质量和半径一定的情况下,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,向心力的大小与半径成正比。(3)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。【注意事项】1.定性感知实验中,轻小物体受到的重力与拉力相比可忽略。2.使用向心力演示仪时应注意:(1)将横臂紧固螺钉旋紧,以防小球和其他部件飞出而造成事故。(2)摇动手柄时应力求缓慢加速,注意观察其中一个测力计的格数。达到预定格数时,即保持转速均匀恒定。