小华在观摩一次自行车比赛中,看到运动员在转弯时,身体和自行车都是向弯道内侧倾斜的,如图甲所示,骑自行车转弯时,身体为什么要向弯道内侧倾斜呢?小华提出疑问:“要想转弯,必须受力,身体倾斜是为了给自行车一个向内侧转弯的力”,我们平时骑自行转弯时,身体的倾斜没有这么明显,可为什么比赛时选手倾斜得这么明显呢?且靠近内道的选手转弯时比外道选手倾斜得更明显,使骑行的自行车转弯的力的大小,可能与哪些因素有关呢?接着,小华小组设计实验,并在实验室里用小球代替运动员,探究“小球转弯时受力的大小与哪些因素有关”的实验。小华提出了三种猜想。
猜想一:可能与小球的速度有关;
猜想二:可能与小球的质量有关;
猜想三:可能与圆弧形轨道的半径有关。
把半径为0.5米的半圆轨道(左端连着横杆)通过横杆在O点与墙壁活动连接(能绕O点在竖直方向自由转动),轨道置于压力传感器上时,分别让小钢球从距离传感器表面不同高度的弧面处自由滚下,如图乙所示,观察、记录每次压力传感器达到的最大示数(注:小钢球到达最低点时的示数最大),记录如下表:
次数 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 |
小钢球质量m/g | 30 | 30 | 30 | 60 | 60 | 60 | 90 | 90 | 90 |
距离传感器高度h/m | 0.3 | 0.4 | 0.5 | 0.3 | 0.4 | 0.5 | 0.3 | 0.4 | 0.5 |
传感器最大示数F/N | 1.66 | 1.78 | 1.9 | 2.32 | 2.56 | 2.80 | 2.98 | 3.34 | 3.70 |