2022届高考物理一轮复习实验抢分专练(六) 探究向心力的大小与半径、角速度、质量的关系(含解析)

实验抢分专练(六)　探究向心力的大小与半径、角速度、质量的关系 1.用如图所示的装置可以探究做匀速圆周运动的物体需要的向心力的大小与哪些因素有关。 (1)本实验采用的科学方法是　　　　　。 A.控制变量法　　　　　　 B.累积法 C.微元法 D.放大法 (2)图示情景正在探究的是　　　　　。 A.向心力的大小与半径的关系 B.向心力的大小与线速度大小的关系 C.向心力的大小与角速度大小的关系 D.向心力的大小与物体质量的关系 (3)通过本实验可以得到的结果是　　　　　。 A.在质量和半径一定的情况下,向心力的大小与角速度成正比 B.在质量和半径一定的情况下,向心力的大小与线速度的大小成正比 C.在半径和角速度一定的情况下,向心力的大小与质量成正比 D.在质量和角速度一定的情况下,向心力的大小与半径成正比 2.为了探究“物体做匀速圆周运动时,向心力与哪些因素有关”,某同学进行了如下实验: 如图甲所示,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。 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。 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。 (1)操作2与操作1中,体验到绳子拉力较大的是　　　　　。 (2)操作3与操作1中,体验到绳子拉力较大的是　　　　　。 (3)操作4与操作1中,体验到绳子拉力较大的是　　　　　。 (4)(多选)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　　　　　　　有关。 A.半径 B.质量 C.角速度 D.线速度的方向 (5)实验中,人体验到的绳子的拉力是否是沙袋做圆周运动的向心力　　　　　(选填“是”或“不是”)。 3.某同学用圆锥摆粗略验证向心力的表达式Fn=mrω2,实验装置如图所示。细线下悬挂一个钢球,上端固定在铁架台上,将画着几个同心圆的白纸置于水平桌面上,使钢球静止时正好位于圆心处,与白纸接触但无挤压。用手带动钢球,设法使它沿纸面上某个圆做圆周运动。测得钢球质量m=0.100 kg,转动的圆周半径为3.30 cm,细线悬点与白纸上圆心的距离d=1.10 m,当地重力加速度g取9.8 m/s2。(计算结果保留三位有效数字) (1)图中细线与竖直方向的夹角θ比较小,可认为tanθ≈sinθ,其中sinθ=　　　　　　;依据受力分析,钢球做匀速圆周运动时所受的合外力 F1=　　　　　N。 (2)用停表测得圆锥摆运动30圈的总时间为t=62.5 s,则该圆周运动周期 T=　　　　　s,再利用向心力的表达式Fn=mrω2可以得到钢球运动的向心力 F2=　　　　　　N。 (3)在误差允许的范围内,可认为F1　　　　(选填“=”“>”或“<”)F2,证明向心力的表达式是正确的。   4.如图所示为改装的探究圆周运动的向心加速度的实验装置。有机玻璃支架上固定一个直流电动机,电动机转轴上固定一个半径为r的塑枓圆盘,圆盘中心正下方用细线接一个重锤,圆盘边缘连接细绳,细绳另一端连接一个小球。实验操作如下: ①利用天平测量小球的质量m,记录当地的重力加速度g的大小; ②闭合电源开关,让小球做如图所示的匀速圆周运动,调节激光笔2的高度和激光笔1的位置,让激光恰好照射到小球的中心,用刻度尺测量小球做圆周运动的半径R和球心到塑料圆盘的高度h; ③当小球第一次到达A点时开始计时,并记录为1次,记录小球n次到达A点的时间t; ④切断电源,整理器材。 请回答下列问题: (1)(多选)下列说法正确的是 (　　) A.小球运动的周期为 B.小球运动的线速度大小为 C.小球运动的向心力大小为 D.若电动机转速增加,激光笔1、2应分别左移、升高 (2)若已测出R=40.00 cm、r=4.00 cm,h=90.00 cm,t=100.00 s,n=51,π取3.14,则小球做圆周运动的周期T=　　　　　s,记录的当地重力加速度大小应为 g=　　　　　m/s2。(计算结果均保留3位有效数字) 【加固训练】 某兴趣小组用如图甲所示的装置与传感器结合,探究向心力大小的影响因素。实验时用手拨动旋臂产生圆周运动,力传感器和光电门固定在实验器上,测量角速度和向心力。 (1)电脑通过光电门测量挡光杆通过光电门的时间,并由挡光杆的宽度d、挡光杆通过光电门的时间Δt、挡光杆做圆周运动的半径r,自动计算出砝码做圆周运动的角速度,则其计算角速度的表达式