实验六 探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系
一、实验目的
1．学会使用向心力演示器。
2．探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系。 二、实验原理
1．使两物体的质量、转动的半径相同，探究向心力的大小跟转动的角速度的定量关系。 2．使两物体的质量、转动的角速度相同，探究向心力的大小跟转动的半径的定量关系。 3．使两物体的转动半径、转动的角速度相同，探究向心力的大小跟物体质量的定量关系。
三、实验器材：向心力演示器
四、实验步骤
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1．向心力大小与哪些因素有关的定性分析。
(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，改变小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。 五、数据处理
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，使两个小球转动的角速度之比分别为1∶1、1∶2和1∶3，分别读出两球所需的向心力大小，将结果填入表一。
表一：m1＝m2，r1＝r2。
实验次数 ω1 ω2 F1/格 F2/格 F1 F2 1 2 3 2.把两个质量相同的小球放在长槽和短槽上，使半径之比为2∶1；调整塔轮上的皮带，使两个小球的角速度相同，分别读出两球所需的向心力大小，将结果填入表二。
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表二：m1＝m2，ω1＝ω2。
r1 r2 F1/格 F2/格 F1 F2 3.把两个质量不同的小球放在长槽和短槽上，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相同，分别读出两球所需的向心力大小，将结果填入表三。
表三：r1＝r2，ω1＝ω2。
m1 m2 分析与论证： (1)分析表一中
F1/格 F2/格 F1 F2 ω1F1
和两列的值，发现F跟ω的二次方成正比。 ω2F2r1F1r2F2m1F1m2F2
(2)分析表二中和两列的值，发现F跟r成正比。 (3)分析表三中和两列的值，发现F跟m成正比。 实验结论：
物体做圆周运动需要的向心力跟物体的质量成正比，跟半径成正比，跟角速度的平方成正比。
六、注意事项
1．定性分析实验中，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。
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2021届高考物理一轮复习第4章曲线运动万有引力与航天实验6探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系
