文档内容
第 6 课时 实验六：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.会用图像法
处理数据。
考点一 实验技能储备
1．实验思路
本实验需要探究向心力与多个物理量之间的关系，因而实验采用________________，如图所
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，可以通过________上露出的红白相间等分标记，粗略计算出两球
所需向心力的比值。
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____________一定的情况下，探究向心力大小与角速度的关系。
(2)在________________一定的情况下，探究向心力大小与半径的关系。
(3)在____________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、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。将皮带放置在适当位置使两转盘转动，记录不同角速度下的向心力大
小(格数)。
(2)分别将两个质量________的小球放在实验仪器的长槽和短槽两个小槽中，将皮带放置在
适当位置使两转盘转动角速度________、小球到转轴(即圆心)距离不同即圆周运动半径不等，
记录不同半径下的向心力大小(格数)。(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，将皮带放置在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(格数)。
4．数据处理
分别作出____________、F －r、F －m的图像，分析向心力大小与角速度、半径、质量之
n n
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。
例1 (2023·浙江1月选考·16Ⅰ(2))“探究向心力大小的表达式”实验装置如图所示。
(1)采用的实验方法是________。
A．控制变量法 B．等效法 C．模拟法
(2)在小球质量和转动半径相同的情况下，逐渐加速转动手柄到一定速度后保持匀速转动。
此时左右标尺露出的红白相间等分标记的比值等于两小球的________________之比(选填
“线速度大小”“角速度平方”或“周期平方”)；在加速转动手柄过程中，左右标尺露出
红白相间等分标记的比值________(选填“不变”“变大”或“变小”)。
考点二 探索创新实验
创新角度 创新示例
实验方案及器材 以拉力传感器、速度传感器、转速测量仪的使用使实验方案得以
的创新 改进，有利于物理量的测量
实验目的的创新 以圆周运动的形式测量其他物理量
例2 如图所示是“DIS向心力实验器”，当质量为m的砝码随旋转臂一起在水平面内做
半径为r的圆周运动时，所需的向心力可通过牵引杆由力传感器测得，旋转臂另一端的挡光
杆(挡光杆的挡光宽度为Δs，旋转半径为R)每经过光电门一次，通过力传感器和光电门就同
时获得一组向心力大小F和角速度ω的数据。(1)某次旋转过程中挡光杆经过光电门时的遮光时间为Δt，则角速度ω＝________。
(2)以F为纵坐标，以________(选填“Δt”“”“(Δt)2”或“”)为横坐标，可在坐标纸中描
出数据点作一条直线，该直线的斜率为k＝________。(用上述已知量的字母表示)
例3 (2024·吉林通化市检测)一同学用如图甲所示的装置探究向心力与角速度的关系。将
力传感器固定在铁架台上，将细线一端固定在力传感器上，另一端固定一个直径为 d的金属
小球，该同学测出小球重心到悬点的距离为L，然后拉起小球，使细线伸直与竖直方向成一
角度，静止释放小球，让小球在竖直平面内做圆周运动，当小球摆到最低点时，小球中心恰
好经过光电门，该同学在一次实验中测得小球通过光电门的时间为Δt。
(1)小球通过光电门时的角速度为________。
(2)多次拉起小球，每次拉起小球时细线与竖直方向的夹角不同，每次都记录小球通过光电
门的时间Δt，作出细线拉力F与的关系图像如图乙所示，已知图像的斜率为k，截距为b，
则小球的质量为______________，当地的重力加速度为______________。(用题中给出的字
母表示)
例4 如图甲所示，某同学为了比较不同物体与转盘间动摩擦因数的大小设计了该装置。
已知固定于转轴上的角速度传感器和力传感器与电脑连接，通过一不可伸长的细绳连接物块，
细绳刚好拉直，物块随转盘缓慢加速。在电脑上记录如图乙所示图像。换用形状和大小相同
但材料不同的物块重复实验，得到物块a、b、c分别对应的三条直线，发现a与c的纵截距
相同，b与c的横截距相同，且符合一定的数量关系。回答下列问题：
(1)物块没有看作质点对实验是否有影响？________(选填“是”或“否”)
(2)物块a、b、c的密度之比为________。(3)物块a、b、c与转盘之间的动摩擦因数之比为________。
