专题06 圆周运动实验-2022-2023学年高一物理下学期课后培优分级练（沪科版上海必修第二册)

一、实验题 1．（2023春·上海杨浦·高一复旦附中校考期中）某同学用如图所示的装置探究物体做圆周运动的向心力大小与线速度的关系。用一根细线系住钢球，另一端连接在固定于铁架台上端的力传感器上，钢球静止于A点，将光电门固定在A的正下方。钢球底部竖直地粘住一片宽度为x的遮光条。用天平测出小球质量，用刻度尺测出摆线长度，用游标卡尺测出钢球直径。 （1）实验时，他在某位置由静止释放钢球（此时细绳处于拉直状态），每次释放钢球的位置应______（填“保持不变”或“不断改变”），记录光电门的挡光时间t，每次小球下降过程中电脑屏幕上力传感器的示数是变化的，则他应该记录力传感器示数的______（填“最小值”或“最大值”或“平均值”）； （2）该同学以F为纵坐标，以______为横坐标，若得到一条倾斜直线，则表明在物体质量和运动半径不变的情况下，向心力的大小与速度的平方成正比；若图像的斜率为k，小球质量为m，重力加速度为g，则图像横纵坐标对应物理量的关系式为______（用所给物理量的符号表示）。 （3）某同学通过进一步学习知道了向心力的公式，发现实验中使用公式求得小球经过A点的向心力比测量得到的向心力小，你认为产生误差可能的主要原因是（写一条）______。 2．（2023春·上海金山·高一华东师范大学第三附属中学校考期中）如图所示为“探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系”的实验装置。 （1）本实验采用的方法是____________法； （2）本实验除了有无线力传感器（图中②）外，还有无线________传感器（图中⑤）； （3）小组同学为了探究向心力跟角速度的关系，实验中，先将⑦旋至某一挡位，当悬臂匀速转动时，记录向心力 F 的大小和角速度 的数据。改变角速度的大小，多次实验。 小组同学先让一个砝码做半径r为0.12m的圆周运动，得到图甲中①图线。然后保持砝码质量不变，再将运动半径 r 分别调整为 0.08m、0.04m 分别又做了两组实验，最后同学们把三组实验得到的图线画在了同一坐标系中。则： （a）若对①图线的数据进行处理，获得了 F－x 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______。 （b）试在甲图中任找一个数据点，可得砝码质量为______kg（保留到小数点后 2 位即可）。 3．（2022春·高一校考课时练习）图（a）是“DIS向心力实验器”，当质量为m的物体随旋转臂一起做半径为r的圆周运动时，受到的向心力可通过牵引杆由力传感器测得，旋转臂另一端的挡光杆每经过光电门一次，通过力传感器和光电门就同时获得一组向心力F和角速度ω的数据，并直接在坐标系中描出相应的点。得到多组F、ω的数据后，连成平滑的曲线，经验证为一个抛物线，改变实验条件重复三次实验（三次实验的条件见表），得到的抛物线分别如图（b）中的①、②、③所示。 实验次数 1 2 3 半径r（m） 0.1 0.1 0.1 质量m（kg） 0.022 0.044 0.066 （1）实验中，若挡光片的挡光宽度为，某次挡光片经过光电门时的遮光时间为，则计算机计算角速度ω的计算式为____________。 （2）分析比较表格和图像可得到的结论为____________。 4．（2022春·高一校考课时练习）在如图所示的实验装置中，横杆能够绕竖直轴旋转，横杆在转动过程中，由于摩擦阻力的作用，横杆会越转越慢。在横杆的一端装有宽度为d＝0.005m的竖直“挡光圆柱”，当“挡光圆柱”通过光电门时，光电门就记录挡光的时间间隔，“挡光圆柱”宽度与挡光时间之比，可以近似认为是“挡光圆柱”在该时刻的速度。横杆每转一圈，光电门就记录一次“挡光圆柱”挡光时间。在一次实验中记录下横杆转动圈数n和每次挡光的时间t，并计算出“挡光圆柱”在该时刻的速度以及速度的平方（部分数据如表中所示）。请计算表中当n＝5时，v2＝________m2/s2；如果继续测量“挡光圆柱”的速度，那么当n＝15时，“挡光圆柱”的速度为________m/s；“挡光圆柱”速度大小v与横杆转动圈数n的关系为________________。 n t（10-3s） v＝d/t（m/s） v2（m2/s2） 1 2.778 1.80 3.24 2 2.826 … 3.13 3 2.877 … 3.02 4 2.931 … 2.91 5 2.988 … 6 3.049 … 2.69 7 3.113 … 2.58 8 3.181 … 2.47 9 3.255 … 2.36 10 3.333 … 2.25 … … … … 5．（2022春·高一校考课时练习）如图（1）