实验6探究向心力大小与半径、
角速度和质量的关系
目录
01新高考命题热点
02核心考点综述
1）实验目的
2）实验原理
3）实验装置
4）实验步骤
5）数据处理与分析
6）误差分析
7）注意事项
03典型真题精练
04创新实验新考法
1）利用力传感器结合光电门探究向心力大小影响因素
2）利用力和角速度传感器探究向心力与质量、半径、角速度的关系
3）利用力和磁传感器探究向心力与质量、半径、角速度的关系
4）利用手机自带Phyphox软件探究向心力与质量、半径、角速度的关系
5）利用单摆验证向心力大小的表达式
6）利用用圆锥摆粗略验证向心力表达式
05分层强化训练
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在新高考中，该实验命题热点突出。其一，实验原理运用，常考如何用控制变量法探究向心力与各因
素关系，要求学生精准阐述操作流程。其二，数据处理成重点，给出实验数据，让学生绘制如“F-r”“F-ω”“F
-m”等图像，依图像特性判断向心力与对应变量的定量关系，检验数理结合能力。其三，实验拓展创新受
青睐，例如结合现代科技如向心力传感器，考查对新测量手段的理解，或是联系生活，像分析游乐园旋转
设施中向心力作用，考查知识迁移能力。
一、实验目的
探究向心力大小与物体的质量、圆周运动的半径以及角速度之间的关系。
二、实验原理
在实验中，通过改变物体的质量m、圆周运动的半径r以及角速度ω，观察并记录向心力F的变化，从
而验证向心力公式Fmω2r的正确性。
控制变量法：实验采用控制变量法，即分别固定其中两个变量，改变第三个变量，观察并记录向心力
的变化。例如，在保持质量和半径一定的情况下，改变角速度，观察向心力的变化；在保持质量和角速度
一定的情况下，改变半径，观察向心力的变化；在保持半径和角速度一定的情况下，改变质量，观察向心
力的变化。
数据记录与分析：在实验过程中，需要准确记录不同条件下的向心力大小，并绘制相应的图像（如F-ω2、
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F-r、F-m图像）进行分析。通过图像可以直观地看出向心力与各个变量之间的关系。
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三、实验装置
常见的有向心力演示器，它由旋转轴、横杆、弹簧测力装置、小球等构成。旋转轴带动横杆及小球做
圆周运动，弹簧测力装置可测量向心力大小。
还有利用电机带动圆盘，圆盘上放置可改变质量、半径的物体，通过传感器或其他测力手段感知向心
力。
四、实验步骤
1.准备阶段：
使用向心力演示器，将两个质量相等的小球分别放在长槽和短槽中，确保它们的转动半径相同。
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调整塔轮上的皮带，使两个小球的角速度不同，观察并记录向心力的大小。
2.改变角速度：
保持两个小球的质量和转动半径不变，改变它们的角速度，观察并记录不同角速度下向心力的大小。
3.改变半径：
保持两个小球的质量和角速度不变，改变长槽上小球的转动半径，观察并记录不同半径下向心力的大
小。
4.改变质量：
换成质量不同的球，保持它们的转动半径和角速度相同，观察并记录不同质量下向心力的大小。
五、数据处理与分析
1.绘制图像：
分别作出Fn-ω2、Fn-r、Fn-m的图像，分析向心力大小与角速度、半径、质量之间的关系。
2.得出结论：
在质量和半径一定的情况下，向心力的大小与角速度的平方成正比。
在质量和角速度一