Question

10．用如圖所示的裝置來探究小球做圓周運(yùn)動(dòng)所需向心力的大小F與質(zhì)量m、角速度ω和半徑r之間的關(guān)系．兩個(gè)變速輪塔通過皮帶連接，轉(zhuǎn)動(dòng)手柄使長槽和短槽分別隨變速輪塔勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，槽內(nèi)的鋼球就做勻速圓周運(yùn)動(dòng)．橫臂的擋板對(duì)鋼球的壓力提供向心力，鋼球?qū)�擋板的反作用力通過橫臂的杠桿作用使彈簧測力筒下降，從而露出標(biāo)尺，標(biāo)尺上的紅白相間的等分格顯示出兩個(gè)鋼球所受向心力的比值．
（1）在該實(shí)驗(yàn)中應(yīng)用了控制變量法（選填“演繹法”、“控制變量法”、“等效替代法”）來探究向心力的大小F與質(zhì)量m、角速度ω和半徑r之間的關(guān)系；
（2）如圖是探究過程中某次實(shí)驗(yàn)時(shí)裝置的狀態(tài)，若皮帶連接的兩輪半徑之比R₁：R₂=3：1，則這兩輪邊緣的線速度大小之比為v₁：v₂=1：1，兩輪塔的角速度之比為ω₁：ω₂=1：3，標(biāo)尺1和標(biāo)尺2顯示的向心力之比應(yīng)為F₁：F₂=1：9（已知兩鋼球質(zhì)量相等，運(yùn)動(dòng)半徑相等）

Answer 1

分析 （1）該實(shí)驗(yàn)是采用的控制變量法．
（2））線速度相等，則角速度與半徑成反比．根據(jù)F=mω²r求得向心力之比

解答 解：（1）根據(jù)F=mrω²，知要研究小球受到的向心力大小與角速度的關(guān)系，需控制小球的質(zhì)量和半徑不變．
由前面分析可知該實(shí)驗(yàn)采用的是控制變量法．
（2）和皮帶接觸的各點(diǎn)線速度大小相等，故有：v₁：v₂=1：1
根據(jù)v=ωr可知角速度與半徑成反比，故有：$\frac{{ω}_{1}}{{ω}_{2}}=\frac{{R}_{2}}{{R}_{1}}=\frac{1}{3}$
根據(jù)F=mω²r可知：F₁：F₂=1：9
故答案為：（1）控制變量法：（2）1：1   1：3   1：9．

點(diǎn)評(píng) 本實(shí)驗(yàn)采用控制變量法，即要研究一個(gè)量與另外一個(gè)量的關(guān)系，需要控制其它量不變