1.某物理興趣小組為了探究物體做圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)向心加速度與角速度、半徑的關(guān)系,采用了數(shù)字實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),裝置示意圖如圖甲所示,把一質(zhì)量m=50g的滑塊放置在光滑的水平圓盤(pán)上,滑塊用不可伸長(zhǎng)的細(xì)線通過(guò)光滑圓孔O與力傳感器連接,給滑塊一定的初速度,滑塊便可以繞光滑圓孔O在圓盤(pán)上做圓周運(yùn)動(dòng).

(1)本實(shí)驗(yàn)應(yīng)采用的物理思想方法是B.
A.理想實(shí)驗(yàn)法 B.控制變量法 C.等效替代法 D.比值定義法
(2)他們首先讓滑塊做半徑r=0.1m的圓周運(yùn)動(dòng),數(shù)字實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)通過(guò)測(cè)量得到若干組向心力F和對(duì)應(yīng)的角速度ω,并通過(guò)計(jì)算得到對(duì)應(yīng)的加速度值,如下表:
實(shí)驗(yàn)序號(hào)123456
F/N4.002.862.021.230.440.10
a/m•s-280.057.240.424.68.82.0
ω/rad•s-128.323.920.115.79.44.4
第6組數(shù)據(jù)中a=2.0m/s2.請(qǐng)你根據(jù)表中的數(shù)據(jù)在圖乙上繪出a-ω的關(guān)系圖象.

(3)該小組某同學(xué)試探作出a-ω2圖象,如圖丙所示,由此得到的結(jié)論是:r一定時(shí),a∝ω2
(4)他們將滑塊做圓周運(yùn)動(dòng)的半徑r再分別調(diào)整為0.05m、0.15m,又得到了兩條a-ω圖線,他們將三次實(shí)驗(yàn)得到的圖線放在一個(gè)坐標(biāo)系中,如圖丁所示,通過(guò)對(duì)三條圖線的比較、分析、討論,他們得出在ω一定的條件下,a∝r的結(jié)論,你認(rèn)為他們的依據(jù)是做一條平行與縱軸的輔助線,觀察和圖象的交點(diǎn)中加速度的數(shù)值之比為1:2:3.

分析 在探究物體作圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)向心力與角速度、半徑的關(guān)系時(shí),應(yīng)當(dāng)應(yīng)用控制變量法,先保證圓周運(yùn)動(dòng)的半徑不變,探究向心力與角速度之間的關(guān)系,然后再更換半徑繼續(xù)探究向心力與角速度之間的關(guān)系,最后可以得到向心力與角速度與半徑的關(guān)系式.

解答 解:(1)在研究向心力的大小F與質(zhì)量m、角速度ω和半徑r之間的關(guān)系時(shí),需先控制某些量不變,研究另外兩個(gè)物理量的關(guān)系,該方法為控制變量法.故選:B       
(2)由a=rω2得,a=4.42×0.1=2.0m/s2  
 a-ω的關(guān)系圖象如右圖所示
(3)通過(guò)對(duì)圖象的觀察,興趣小組的同學(xué)猜測(cè)a與ω2成正比.可以通過(guò)進(jìn)一步的轉(zhuǎn)換,通過(guò)繪出a與ω2關(guān)系圖象來(lái)確定他們的猜測(cè)是否正確,如果猜測(cè)正確,做出的F與ω2的關(guān)系式應(yīng)當(dāng)為一條傾斜直線.故r一定時(shí),a∝ω2
(4)在證實(shí)了F∝ω2之后,他們將砝碼做圓周運(yùn)動(dòng)的半徑r再分別調(diào)整為0.05m、0.15m,又得到了兩條F-ω圖象,他們將三次實(shí)驗(yàn)得到的圖象放在一個(gè)坐標(biāo)系中,如圖乙所示.通過(guò)對(duì)三條圖象的比較、分析、討論,他們得出F∝r的結(jié)論,他們的依據(jù)是:做一條平行與縱軸的輔助線,觀察和圖象的交點(diǎn)中力的數(shù)值之比是否為1:2:3,如果比例成立則說(shuō)明向心力與物體做圓周運(yùn)動(dòng)的半徑成正比,故ω一定  做一條平行與縱軸的輔助線,觀察和圖象的交點(diǎn)中加速度的數(shù)值之比為1:2:3.
故答案為:(1)B(2)2.0,如圖(3)r一定時(shí),a∝ω2(4)ω一定  做一條平行與縱軸的輔助線,觀察和圖象的交點(diǎn)中加速度的數(shù)值之比為1:2:3.

點(diǎn)評(píng) 本題考查了“探究物體作圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)向心力與角速度、半徑的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)中所需的實(shí)驗(yàn)步驟,以及利控制變量法實(shí)驗(yàn)的能力,在平時(shí)練習(xí)中要加強(qiáng)基礎(chǔ)知識(shí)的理解與應(yīng)用,提高解決問(wèn)題能力.

練習(xí)冊(cè)系列答案
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(1)落點(diǎn)D到B點(diǎn)間的距離;
(2)小物塊經(jīng)過(guò)B點(diǎn)時(shí)的速度大;
(3)小物塊與水平軌道AB間的動(dòng)摩擦因數(shù).

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