Question

4．物体做匀速圆周运动时，向心力与哪些因素有关？某同学通过下面实验探究，获得体验．
如图甲，绳子的一端拴一个小沙袋，绳上离小沙袋l处打一个绳结A，2l处打另一个绳结B．请一位同学帮助用秒表计时．如图乙所示，做了四次体验性操作．
操作1：手握绳结A，使沙袋在水平面内做匀速圆周运动，每秒运动1周．体验此时绳子拉力的大小．
操作2：手握绳结B，使沙袋在水平面内做匀速圆周运动，每秒运动1周．体验此时绳子拉力的大小．
（1）操作2与操作1相比，体验到绳子拉力较大的是操作2；
操作3：手握绳结A，使沙袋在水平面内做匀速圆周运动，每秒运动2周．体验此时绳子拉力的大小．
（2）操作3与操作1相比，体验到绳子拉力较大的是操作3；
操作4：手握绳结A，增大沙袋的质量到原来的2倍，使沙袋在水平面内做匀速圆周运动，每秒运动1周．体验此时绳子拉力的大小．
（3）操作4与操作1相比，体验到绳子拉力较大的是操作4；
（4）总结以上四次体验性操作，可知物体做匀速圆周运动时，向心力大小与质量、半径、角速度有关．若某同学认为“物体做匀速圆周运动时，半径越大，所受的向心力也越大”．你认为这一说法是否正确？为什么？
答：不对，前提在角速度不变的情况下，半径越大，向心力越大．

Answer 1

分析 探究向心力与什么因素有关，采用控制变量法，实验中分别控制小球质量、转动的半径和转动的角速度三个因素中两个因素不变，从而进行探究．

解答 解：（1）根据F=mrω²知，操作2与操作1相比，操作2的半径大，小球质量和角速度相等，知拉力较大的是操作2．
（2）根据F=mrω²知，操作3与操作1相比，操作3小球的角速度较大，半径不变，小球的质量不变，知操作3的拉力较大．
（3）操作4和操作1比较，半径和角速度不变，小球质量变大，根据F=mrω²知，操作4的拉力较大．
（4）由以上四次操作，可知向心力的大小与质量、半径、角速度有关．
物体做匀速圆周运动时，半径越大，所受的向心力不一定大．正确的说法是角速度一定时，物体的半径越大，向心力越大．
故答案为：（1）操作2，（2）操作3，（3）操作4，（4）质量、半径、角速度；不对，前提在角速度不变的情况下，半径越大，向心力越大

点评 本题的难度不大，因为我们已经知道影响向心力的因素，但是需要掌握探究的思路以及探究的方法．