专题12探究向心力实验-2023届高考物理实验模拟题专项集训

高考物理实验专题最新模拟题精练 专题12. 探究向心力实验 1．（2023广东名校质检）为探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系，某实验小组通过如图甲所示装置进行实验。滑块套在水平杆上，随水平杆一起绕竖直杆做匀速圆周运动，力传感器通过一细绳连接滑块，用来测量向心力的大小。滑块上固定一遮光片，宽度为，光电门可以记录遮光片通过的时间，测得旋转半径为。滑块随杆匀速圆周运动，每经过光电门一次，通过力传感器和光电门就同时获得一组向心力和角速度的数据。 （1）为了探究向心力与角速度的关系，需要控制__________和___________保持不变，某次旋转过程中遮光片经过光电门时的遮光时间为，则角速度__________； （2）以为纵坐标，以为横坐标，可在坐标纸中描出数据点作一条如图乙所示直线，图线斜率为，则滑块的质量为__________（用、、表示）；图线不过坐标原点的原因是__________。 2.（2022北京丰台区高三下一模）11．某物理兴趣小组利用传感器进行探究，实验装置原理如图所示。装置中水平光滑直槽能随竖直转轴一起转动，将滑块套在水平直槽上，用细线将滑块与固定的力传感器连接。当滑块随水平光滑直槽一起匀速转动时，细线的拉力提供滑块做圆周运动需要的向心力。拉力的大小可以通过力传感器测得，滑块转动的角速度可以通过角速度传感器测得。 （1）小组同学先让一个滑块做半径r为的圆周运动，得到图甲中①图线。然后保持滑块质量不变，再将运动的半径r分别调整为、、、，在同一坐标系中又分别得到图甲中②、③、④、⑤四条图线。 （2）对①图线的数据进行处理，获得了图像，如图乙所示，该图像是一条过原点的直线，则图像横坐标x代表的是________。 （3）对5条图线进行比较分析，得出一定时，的结论。请你简要说明得到结论的方法_______。 3. （2022山东济宁兖州高一期中）如图所示为某研学小组的同学们用圆锥摆验证向心力表达式的实验情景。 在具体的计算中可将小球视为质点，小球的质量为m，重力加速度为g。部分实验步骤如下： ①用天平测出钢球的质量m； ②将钢球用细线拉起，贴近钢球，在其下方平放一张画有多个同心圆的白纸，使其圆心恰好位于悬点正下方； ③使钢球做圆锥摆运动； ④通过纸上的圆对照得出钢球做匀速圆周运动的轨迹； ⑤用秒表测量钢球的转动周期； ⑥用刻度尺测出轨迹的半径； （1）小球做匀速圆周运动所受的向心力是________（选填选项前的字母）； A．小球所受绳子的拉力 B．小球所受的重力 C．小球所受拉力和重力的合力 （2）在某次实验中，小球沿半径为r的圆做匀速圆周运动，用秒表记录了小球运动n圈的总时间t，则小球做此圆周运动的向心力大小=________（用m、n、t、r及相关的常量表示）；用刻度尺测得细线上端悬挂点到画有圆周纸面的竖直高度为h，那么对小球进行受力分析可知，小球做此圆周运动所受的合力大小F=_______（用m、h、r及相关的常量表示）； （3）保持n的取值不变，改变h和r进行多次实验，可获取不同时间t。研学小组的同学们想用图像来处理多组实验数据，若小球所受的合力F与向心力大小相等，则这些图像中合理的是________选填选项的字母。 A． B． C． D． 4. （2022山东济宁期中）用如图所示的装置来探究小球做圆周运动所需向心力的大小F与质量m、角速度和半径r之间的关系。两个变速塔轮通过皮带连接，转动手柄使长槽和短槽分别随变速塔轮匀速转动，槽内的钢球就做匀速圆周运动。横臂的挡板对钢球的压力提供向心力，钢球对挡板的反作用力通过横臂的杠杆作用使弹簧测力筒下降，从而露出标尺，标尺上的红白相间的等分格显示出两个钢球所受向心力的比值，如图是探究过程中某次实验时装置的状态。 （1）本实验采用的科学方法是___________。 A．放大法 B．累积法 C．微元法 D．控制变量法 （2）在研究向心力的大小F与质量m的关系时，要保持________相同。 （3）若两个钢球质量和转动半径相等，图中标尺上红白相间的等分格显示出两个小球所受向心力的比值为1：4，与皮带连接的两个变速塔轮的半径之比为_________。 5.（２０２２山西太原二模）为探究小碟子与餐桌上水平转盘间的动摩擦因数，一同学设计了这样的实验：如图所示，转盘可绕过圆心O的竖直轴水平转动，将转盘上的一点标记为P，在该点放上小碟子，测得P与O的距离为r，重力加速度为g。 a.让转盘开始转动并缓慢增大到转速为n1，这一过程中碟子与转盘总相对静止； b.让转盘突然停止转动，碟子在圆盘上滑行一段距离后停在Q（图中未画出）点，测出P、Q两点间的距离为； c.改变转盘的转速n，重复a、b得到多组的值，根据数据作出-n2图像，求出该图线的斜率为