Question

【題目】某班同學在學習了向心力的公式F＝m和F＝mω2r后，分學習小組進行實驗探究向心力。同學們用細繩系一紙杯(杯中有30 mL的水)在空中甩動，使紙杯在水平面內做圓周運動(如圖乙所示)，來感受向心力。

(1)下列說法中正確的是________。

A．保持質量、繩長不變，增大轉速，繩對手的拉力不變

B．保持質量、繩長不變，增大轉速，繩對手的拉力增大

C．保持質量、角速度不變，增大繩長，繩對手的拉力不變

D．保持質量、角速度不變，增大繩長，繩對手的拉力增大

(2)如圖甲所示，繩離杯心40 cm處打一結點A,80 cm處打一結點B，學習小組中一位同學用手表計時，另一位同學操作，其余同學記錄實驗數據。

操作一：手握繩結A，使杯在水平方向每秒運動一周，體會向心力的大小。

操作二：手握繩結B，使杯在水平方向每秒運動一周，體會向心力的大小。

操作三：手握繩結A，使杯在水平方向每秒運動兩周，體會向心力的大小。

操作四：手握繩結A，再向杯中添30 mL的水，使杯在水平方向每秒運動一周，體會向心力的大小。

①操作二與一相比較：質量、角速度相同，向心力的大小與轉動半徑大小有關；

操作三與一相比較：質量、半徑相同，向心力的大小與角速度的大小有關；

操作四與一相比較：________相同，向心力大小與________有關；

②物理學中這種實驗方法叫________法。

③小組總結階段，在空中甩動紙杯的同學談感受時說：“感覺手腕發酸，感覺力不是指向圓心的向心力而是背離圓心的離心力，跟書上說的不一樣”，你認為該同學的說法正確嗎？答：________。

Answer 1

【答案】)BD 角速度、半徑 質量大小 控制變量 不正確，見解析

【解析】

（1）[1]．由題意知，根據向心力公式F向＝mω2r，結合牛頓第三定律，有T拉＝mω2r；保持質量、繩長不變，增大轉速，根據公式可知，繩對手的拉力將增大，故A錯誤，B正確；保持質量、角速度不變，增大繩長，根據公式可知，繩對手的拉力將增大，故C錯誤，D正確。

（2）①[2][3]．根據向心力公式F向＝mω2r，結合牛頓第三定律，則有T拉＝mω2r；

操作二與一相比較：質量、角速度相同，向心力的大小與轉動半徑大小有關；

操作三與一相比較：質量、半徑相同，向心力的大小與角速度的大小有關；

操作四與一相比較：角速度、半徑相同，向心力大小與質量大小有關；

②[4]．物理學中這種實驗方法叫控制變量法。

③[5]．該同學受力分析的對象是自己的手，但實驗中受力分析的對象是紙杯，繩的拉力提供紙杯做圓周運動的向心力，方向指向圓心，繩對手的拉力與“向心力”大小相等，方向相反，背離圓心，故該同學的說法不正確。