高中 | 探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系 题目答案及解析

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必修2

第五章 曲线运动

5.6 向心力

探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系

为“探究向心力大小与角速度的关系”,某实验小组通过如图甲所示的装置进行实验。滑块套在水平杆上,可随水平杆一起绕竖直杆做匀速圆周运动,力传感器通过细绳连接滑块,可测绳上拉力大小。滑块上固定一遮光片,宽度为$d$,光电门可以记录遮光片通过的时间,测出滑块中心到竖直杆的距离为$l$。实验过程中细绳始终被拉直。

滑块随杆转动做匀速圆周运动时,每经过光电门一次。力传感器和光电门就同时获得一组拉力$F$和遮光时间$t$,则滑块的角速度$\omega =$          (用$t$$l$$d$表示)。

[["$\\frac{d}{tl}$"]]

滑块的角速度$\omega =\dfrac{v}{l}=\dfrac{d}{tl}$

为探究向心力大小与角速度的关系,得到多组实验数据后,应作出$F$与          (填“$t$”“$\dfrac{1}{t}$”“${{t}^{2}}$”或“$\dfrac{1}{{{t}^{2}}}$”)的关系图像。若作出图像是一条过原点的倾斜直线,表明此实验过程中向心力与          成正比(选填“角速度”“角速度平方”或“角速度二次方根”)。

[["$\\frac{1}{{{t}^{2}}}$","角速度平方"]]

根据$F=m{{\omega }^{2}}l=\dfrac{m{{d}^{2}}}{l}\cdot \dfrac{1}{{{t}^{2}}}$,可知为探究向心力大小与角速度的关系,得到多组实验数据后,应作出$F$$\dfrac{1}{{{t}^{2}}}$的关系图像。若作出图像是一条过原点的倾斜直线,表明此实验过程中向心力与角速度平方成正比。

若作出图像如图乙所示,图线不过坐标原点的原因是                 

[["滑块与水平杆之间有摩擦力"]]

装置转速较小时,滑块与水平杆之间的摩擦力提供滑块做圆周运动的向心力。若作出图像如图乙所示,图线不过坐标原点的原因是:滑块与水平杆之间有摩擦力。

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