Question

18．物體做勻速圓周運動時，向心力與哪些因素有關？某同學通過下面的實驗探究，獲得體驗．
如圖甲所示，繩子的一端拴一個小沙袋，繩上離小沙l處打一個繩結A，2l處打另一個繩結B．請一位同學幫助用秒表計時．如圖乙所示，做了四次體驗性操作．
操作1：手握繩結A，使沙袋在水平面內做勻速圓周運動，每秒運動1周．體驗此時繩子拉力的大小．
操作2：手握繩結B，使沙袋在水平面內做勻速圓周運動，每秒運動1周．體驗此時繩子拉力的大小．
（1）操作2與操作1中，體驗到繩子拉力較大的是操作2；
操作3：手握繩結A，使沙袋在水平平面內做勻速圓周運動，每秒運動2周．體驗此時繩子拉力的大小．
（2）操作3與操作1中，體驗到繩子拉力較大的是操作3；
操作4：手握繩結A，增大沙袋的質量到原來的2倍，使沙袋在水平面內做勻速圓周運動，每秒運動1周．體驗此時繩子拉力的大小．
（3）操作4與操作1中，體驗到繩子拉力較大的是操作4；
（4）總結以上四次體驗性操作，可知物體做勻速圓周運動時，向心力大小與質量、半徑、角速度有關．若某同學認為“物體做勻速圓周運動時，半徑越大，所受的向心力也越大”．你認為這一說法是否正確？為什么？
答：不對，前提在角速度不變的情況下，半徑越大，向心力越大．

Answer 1

分析 探究向心力與什么因素有關，采用控制變量法，實驗中分別控制小球質量、轉動的半徑和轉動的角速度三個因素中兩個因素不變，從而進行探究．

解答 解：（1）根據F=mrω²知，操作2與操作1相比，操作2的半徑大，小球質量和角速度相等，知拉力較大的是操作2．
（2）根據F=mrω²知，操作3與操作1相比，操作3小球的角速度較大，半徑不變，小球的質量不變，知操作3的拉力較大．
（3）操作4和操作1比較，半徑和角速度不變，小球質量變大，根據F=mrω²知，操作4的拉力較大．
（4）由以上四次操作，可知向心力的大小與質量、半徑、角速度有關．
物體做勻速圓周運動時，半徑越大，所受的向心力不一定大．正確的說法是角速度一定時，物體的半徑越大，向心力越大．
故答案為：（1）操作2，（2）操作3，（3）操作4，（4）質量、半徑、角速度；不對，前提在角速度不變的情況下，半徑越大，向心力越大

點評 本題的難度不大，因為我們已經知道影響向心力的因素，但是需要掌握探究的思路以及探究的方法．