(1)使兩物體的質(zhì)量、轉動的半徑相同,探究向心力的大小跟轉動的角速度的定量關系;
(2)使兩物體的質(zhì)量、轉動的角速度相同,探究向心力的大小跟轉動的半徑的定量關系;
(3)使兩物體轉動的半徑、轉動的角速度相同,探究向心力的大小跟物體質(zhì)量的定量關系。
二．實驗器材
如圖，向心力演示器、質(zhì)量不等的小球．
三．實驗步驟
(1)分別將兩個質(zhì)量相等的小球放在實驗儀器的兩個小槽中，且小球到轉軸(即圓心)距離相同即圓周運動半徑相同．將皮帶放置在適當位置使兩轉盤轉動，記錄不同角速度下的向心力大小(格數(shù))．
(2)分別將兩個質(zhì)量相等的小球放在實驗儀器的長槽和短槽兩個小槽中，將皮帶放置在適當位置使兩轉盤轉動角速度相等、小球到轉軸(即圓心)距離不同即圓周運動半徑不等，記錄不同半徑的向心力大小(格數(shù))．
(3)分別將兩個質(zhì)量不相等的小球放在實驗儀器的兩個小槽中，且小球到轉軸(即圓心)距離相同即圓周運動半徑相等，將皮帶放置在適當位置使兩轉盤轉動角速度相等，記錄不同質(zhì)量下的向心力大小(格數(shù))．
四．數(shù)據(jù)處理
分別作出Fn－ω2、Fn－r、Fn－m的圖像，分析向心力大小與角速度、半徑、質(zhì)量之間的關系，并得出結論．
五．實驗結論
1．在質(zhì)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。
2．在質(zhì)量和角速度一定的情況下，向心力的大小與半徑成正比。
3．在半徑和角速度一定的情況下，向心力的大小與質(zhì)量成正比。
六．注意事項
搖動手柄時應力求緩慢加速，注意觀察其中一個標尺的格數(shù)．達到預定格數(shù)時，即保持轉速恒定，觀察并記錄其余讀數(shù)．
1.用如圖所示的裝置可以“探究做勻速圓周運動的物體向心力的大小與哪些因素有關”。
勻速轉動手柄1，可以使變速塔輪2和3以及長槽4和短槽5隨之勻速轉動，槽內(nèi)的小球也隨著做勻速圓周運動。左右塔輪通過皮帶連接，可通過改變皮帶所處的層來改變左右塔輪的角速度之比，使小球做勻速圓周運動的向心力由橫臂6的擋板對小球的壓力提供。球對擋板的反作用力，通過橫臂的杠桿作用使彈簧測力套筒7下降，從而露出標尺8。根據(jù)標尺8上露出的紅白相間等分標記，可以粗略計算出兩個球所受向心力的比值。
（1）本實驗采用的科學研究方法是______（填字母代號）。
A．控制變量法 B．累積法 C．微元法
（2）把兩個質(zhì)量相同的小球分別放在長槽和短槽內(nèi)，使它們的轉動半徑相同，將塔輪上的皮帶分別置于第一層、第二層和第三層，勻速轉動手柄，可以探究______（填字母代號）。
A．向心力的大小與質(zhì)量的關系
B．向心力的大小與半徑的關系
C．向心力的大小與角速度的關系
【答案】 A C
【解析】
本實驗采用的科學研究方法是控制變量法。 故選A。
因為兩個小球的質(zhì)量相等，運動半徑相等，塔輪上的皮帶分別置于第一層、第二層和第三層時，它們的角速度不同，則可以探究向心力的大小與角速度的關系。 故選C。
2.用如圖所示的實驗裝置來探究小球做圓周運動所需向心力的大小F與質(zhì)量m、角速度ω和半徑r之間的關系，轉動手柄使長槽和短槽分別隨變速塔輪勻速轉動，槽內(nèi)的球就做勻速圓周運動。橫臂的擋板對球的壓力提供了向心力，球對擋板的反作用力通過橫臂的杠桿作用使彈簧測力套筒下降，從而露出標尺，標尺上的紅白相間的等分格顯示出兩個小球所受向心力的比值。實驗用球分為鋼球和鋁球，請回答相關問題：
（1）在某次實驗中，某同學把兩個質(zhì)量相等的鋼球放在A、C位置，A、C到塔輪中心距離相同，將皮帶處于左右塔輪的半徑不等的層上。轉動手柄，觀察左右標出的刻度，此時可研究向心力的大小與_______的關系。
A．質(zhì)量m B．角速度ω C．半徑r
（2）在（1）的實驗中，某同學勻速轉動手柄時，左邊標尺露出4個格，右邊標尺露出1個格，則皮帶連接的左、右塔輪半徑之比為_______；其他條件不變，若增大手柄轉動的速度，則左右兩標尺示數(shù)的比值_______。（選填：變大、變小或不變）
【答案】 B 1：2 不變
【解析】
兩球質(zhì)量m相等、轉動半徑r相等，塔輪皮帶邊緣線速度大小相等，由于v=Rω可知，塔輪角速度不同，即小球角速度不同，此時可研究向心力的大小與角速度ω的關系。 故選B。
左邊標尺露出4個格，右邊標尺露出1個格，則向心力之比為4：1，由 F=mrω2，v=Rω
可知，小球的角速度之比為2：1，則皮帶連接的左、右塔輪半徑之比為1：2。
由上一步的分析可知，其他條件不變，若增大手柄轉動的速度，則左右兩標尺示數(shù)的比值不變。
3．（2022·黑龍江·哈爾濱市第十一中學校高一期中）用如圖所示的實驗裝置研究影響向心力大小的因素。長槽上的擋板B到轉軸的距離是擋板A的2倍，長槽上的擋板A和短槽上的擋板C到各自轉軸的距離相等。轉動手柄使長槽和短槽分別隨變速塔輪勻速轉動，槽內(nèi)的球就做勻速圓周運動。擋板對球的壓力提供了向心力，球對擋板的反作用力通過橫臂的杠桿作用使彈簧力筒下降，從而露出標尺，根據(jù)標尺上的等分格可以粗略計算出兩個球所受向心力的比值。
（1）當傳動皮帶套在兩塔輪半徑不同的輪盤上，套有皮帶的塔輪邊緣處的___________大小相等：（填 “線速度”或“角速度”）
（2）探究向心力與半徑的關系時，應將皮帶套在兩塔輪半徑___________ （ 填“相同”或“不同”）的輪盤上，將質(zhì)量相同的小球分別放在哪兩個處擋板________？
A．“A”處和“B”處 B．“A”處和“C”處 C．“B”處和“C”處
（3）探究向心力與角速度的關系時，應將皮帶套在兩塔輪半徑___________（填“相同”或“不同”）的輪盤上，將質(zhì)量相同的小球分別放在哪兩處擋板__________？
A．“A”處和“B”處 B．“A”處和“C”處 C．“B”處和“C”處
【答案】 線速度 相同 C 不同 B
【解析】
根據(jù)題意，由皮帶傳動可知，套有皮帶的塔輪邊緣處的線速度相等。
（2） 根據(jù)題意可知，探究向心力與半徑的關系時，應保持質(zhì)量和角速度相等，半徑不相等，則應將皮帶套在兩塔輪半徑相同的輪盤上，并將質(zhì)量相同的小球分別放在“B”處和“C”處。
故選C。
根據(jù)題意可知，探究向心力與角速度的關系時，應保持質(zhì)量和半徑相等，角速度不相等，則應將皮帶套在兩塔輪半徑不同的輪盤上，將質(zhì)量相同的小球分別放在“A”處和“C”處。
故選B。
利用如圖所示的裝置可以探究影響向心力大小的因素。
將小球放置在橫臂的擋板處，轉動手柄使長槽和短槽分別隨變速塔輪勻速轉動，兩小球隨之做勻速圓周運動。橫臂的擋板對小球的壓力提供了小球做勻速圓周運動的向心力，小球對擋板的反作用力通過橫臂的杠桿作用使彈簧測力筒下降，從而露出標尺，可顯示兩小球所受向心力的大小情況。已知長槽橫臂的擋板A和短槽橫臂的擋板C到各自轉軸的距離相等。若將甲、乙兩個相同小球分別置于擋板A和擋板C處，勻速轉動手柄，穩(wěn)定后兩小球所需向心力大小之比F1:F2=1:4，則兩小球的角速度之比ω1:ω2=______________。此時傳動皮帶所連接的左、右兩塔輪半徑之比為r1:r2=_______________。
若兩個鋼球的質(zhì)量和半徑都相同，則是在研究向心力的大小F與_________（選填下列選項前的字母）的關系；
A．鋼球質(zhì)量m B．運動半徑R C．角速度ω
【答案】 1:2 2:1 C
【解析】
[1]對兩個小球列向心力方程 F1=mω12r F2=mω22r
聯(lián)立可得 ω1:ω2=F1F2=1:2
[2]兩塔輪為皮帶傳動裝置，二者線速度相同，即 v1=v2
又因為 v=ωr
所以 r1:r2=2:1
[3]若兩個鋼球的質(zhì)量和半徑都相同，則是在研究向心力的大小F與角速度ω的關系。
故選C。
如圖為“向心力演示儀”及配套小球圖示，圖中1、2、3為放置小球的卡槽，卡槽1和3到各自轉軸的距離相等；變速盤由左右兩部分構成，兩側各有三個半徑不等的圓盤。實驗中左右圓盤可通過皮帶連接，轉動轉子時左右套筒下降，標尺露出的格子數(shù)可顯示小球轉動過程中向心力大小。結合圖示，完成下列問題：
（1）若要演示“r和ω一定時，向心力與m成正比”，可將鋼球置于圖中卡槽3處，將________（選填“鋼”或“鋁”）球置于卡槽________處，且左右兩側轉盤半徑滿足r左________r右（選填“>”或“=”或“

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