某同学为探究圆周运动的基本规律设计如图所示的实验装置,在支架上固定一个直流电动机,电动机转轴上固定一拉力传感器,传感器正下方用细线连接一个小球。在装置侧面连接一位置可以调节的电子计数器,实验操作如下∶①电动机不转动时,记录拉力传感器的示数为F;
②闭合电源开关,稳定后,小球在水平面做的匀速圆周运动,记录此时拉力传感器的示数为2F;
③稳定后,调节计数器的位置,当小球第一次离计数器最近的A点开始计数,并记录为1次,记录小球n次到达A点的时间t;
④切断电源,整理器材。
请回答下列问题∶
可调
(1)小球运动的周期为__________ ;
(2)小球运动的向心力大小为__________ ;
(3)小球做匀速圆周运动的轨道半径为__________ (用F、t、n、重力加速度g表示)
②闭合电源开关,稳定后,小球在水平面做的匀速圆周运动,记录此时拉力传感器的示数为2F;
③稳定后,调节计数器的位置,当小球第一次离计数器最近的A点开始计数,并记录为1次,记录小球n次到达A点的时间t;
④切断电源,整理器材。
请回答下列问题∶
可调
(1)小球运动的周期为
(2)小球运动的向心力大小为
(3)小球做匀速圆周运动的轨道半径为
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更新时间:2021-07-11 22:58:50
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【知识点】 探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系
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【推荐1】某同学设计了一个探究向心力F的大小与角速度ω和半径r之间关系的实验.选一根圆珠笔杆,取一根2.5m长的尼龙细线,一端系一个小钢球,另一端穿过圆珠笔杆,吊上若干质量相同的钩码,如图所示.调节尼龙细线,使小钢球距圆珠笔杆的顶口(笔尖部)的线长为0.5m.握住圆珠笔杆,并在该同学头部的上方尽量使小钢球稳定在一个水平面内做匀速圆周运动。
(1)为了让小球做匀速圆周运动的向心力大小近似等于悬挂钩码的重力,应该保证圆珠笔杆的顶口尽量光滑,且笔尖上方的尼龙细线尽可能水平,此时钩码的质量应该______ (请填以下选项字母代号)小球质量。
A.远小于 B.等于 C.远大于
(2)在满足上述条件的情况下,该同学做了如下实验:
①保持钩码个数不变,调节水平部分尼龙细线的长度为原来的4倍,此时钢球做匀速圆周运动的频率应为原来的______ 倍。
②保持水平部分尼龙细线的长度不变,改变钩码的个数,发现此时钢球匀速转动的频率为原来的2倍,此时钩码个数为原来的______ 倍。
(1)为了让小球做匀速圆周运动的向心力大小近似等于悬挂钩码的重力,应该保证圆珠笔杆的顶口尽量光滑,且笔尖上方的尼龙细线尽可能水平,此时钩码的质量应该
A.远小于 B.等于 C.远大于
(2)在满足上述条件的情况下,该同学做了如下实验:
①保持钩码个数不变,调节水平部分尼龙细线的长度为原来的4倍,此时钢球做匀速圆周运动的频率应为原来的
②保持水平部分尼龙细线的长度不变,改变钩码的个数,发现此时钢球匀速转动的频率为原来的2倍,此时钩码个数为原来的
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【推荐2】为更简洁和精准验证“用圆锥摆验证向心力的表达式”实验,某兴趣小组对实验进行了改进,如图是简化实验装置示意图,在小圆盘中心打孔,将电动机的转轴穿过小孔,使小圆盘与转轴垂直并固定,且保证重锤悬在电动机转轴的正下方。把悬挂摆球的细线穿过小孔中心并系牢。
实验步骤如下:
第一步:将电动机接入电路,用手给摆球一个初速度,使摆球在电动机带动下做速度合适的匀速圆周运动;
第二步:待摆球做稳定的匀速圆周运动时,通过调节激光笔的高度和角度,使激光笔既能照到重锤线上,又能在一圈中两次照在圆平面上做匀速圆周运动的摆球,调整好后固定激光笔;
第三步:观察激光笔照到右侧墙(未画出)上的激光点,当激光点第一次挡住时数0圈,同时按下停表,第三次被挡住时数1圈,第五次被挡住时数2圈,依次数到n圈时按下停表,记录时间t;
第四步:断开开关,测出小圆盘到重锤线上激光点的距离h;
第五步:改变摆线长度,重复实验5次。
(1)改进实验中,是否需要测量圆锥摆匀速圆周运动的轨道半径。______ (填“是”或“否”)。
(2)改进实验中,只需验证______ (用n、t、h、、g表示)。
(3)保持n的取值不变,改变摆线长度进行多次实验,可获取不同的t。若小球所受的合力大小F与向心力大小相等,则如图所示图象合理的是______ 。
A. B. C. D.
实验步骤如下:
第一步:将电动机接入电路,用手给摆球一个初速度,使摆球在电动机带动下做速度合适的匀速圆周运动;
第二步:待摆球做稳定的匀速圆周运动时,通过调节激光笔的高度和角度,使激光笔既能照到重锤线上,又能在一圈中两次照在圆平面上做匀速圆周运动的摆球,调整好后固定激光笔;
第三步:观察激光笔照到右侧墙(未画出)上的激光点,当激光点第一次挡住时数0圈,同时按下停表,第三次被挡住时数1圈,第五次被挡住时数2圈,依次数到n圈时按下停表,记录时间t;
第四步:断开开关,测出小圆盘到重锤线上激光点的距离h;
第五步:改变摆线长度,重复实验5次。
(1)改进实验中,是否需要测量圆锥摆匀速圆周运动的轨道半径。
(2)改进实验中,只需验证
(3)保持n的取值不变,改变摆线长度进行多次实验,可获取不同的t。若小球所受的合力大小F与向心力大小相等,则如图所示图象合理的是
A. B. C. D.
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【推荐3】某实验小组通过如图所示的装置验证向心力公式。一个体积较小,质量为m的滑块套在水平杆上(不会翻到),力传感器通过一根细绳连接滑块,用来测量绳中拉力F的大小,最初整个装置静止,细绳刚好伸直但无张力,然后让整个装置逐渐加速转动,最后滑块随杆一起绕竖直杆做匀速圆周运动。滑块的中心固定一块挡光片,宽度为d,滑块的中心到转轴的距离为L,每经过光电门一次,通过力传感器和光电计时器就同时获得一组细绳拉力F和挡光片经过光电门时的挡光时间的数据。(1)某次旋转过程中挡光片经过光电门时的挡光时间为,则滑块转动的线速______ ;
(2)认为绳的张力充当向心力,如果______ (用已知量和待测量的符号表示),则向心力的表达式得到验证。
(3)该小组验证向心力的表达式时,经多次实验,仪器正常,操作和读数均没有问题,发现拉力F的测量值与滑块的向心力的理论值相比______ (填“偏大”或“偏小”),主要原因是____________ 。
(2)认为绳的张力充当向心力,如果
(3)该小组验证向心力的表达式时,经多次实验,仪器正常,操作和读数均没有问题,发现拉力F的测量值与滑块的向心力的理论值相比
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