一物理興趣小組利用學(xué)校實(shí)驗(yàn)室的數(shù)字實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)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.
實(shí)驗(yàn)序號(hào) |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
F/N |
2.42 |
1.90 |
1.43 |
0.97 |
0.76 |
0.50 |
0.23 |
0.06 |
ω/rad?s-1 |
28.8 |
25.7 |
22.0 |
18.0 |
15.9 |
13.0 |
8.5 |
4.3 |
(1)首先,他們讓一砝碼做半徑r為0.08m的圓周運(yùn)動(dòng),數(shù)字實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)通過(guò)測(cè)量和計(jì)算得到若干組向心力F和對(duì)應(yīng)的角速度ω(如下表),并且根據(jù)表中的數(shù)據(jù)在圖甲上繪出F-ω的關(guān)系圖象
.
(2)通過(guò)對(duì)圖象的觀察,興趣小組的同學(xué)猜測(cè)F與ω
2成正比.你認(rèn)為,可以通過(guò)進(jìn)一步的轉(zhuǎn)換,通過(guò)繪出
F與ω2
F與ω2
關(guān)系圖象來(lái)確定他們的猜測(cè)是否正確.
(3)在證實(shí)了F∝ω
2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0.04m、0.12m,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,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)中力的數(shù)值之比是否為1:2:3
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
.
(4)通過(guò)上述實(shí)驗(yàn),他們得出:做圓周運(yùn)動(dòng)的物體受到的向心力F與角速度ω、半徑r的數(shù)學(xué)關(guān)系式是F=kω
2r,其中比例系數(shù)k的大小為
0.038
0.038
,單位是
kg
kg
.