第6章 实验 探究向心力大小的表达式-【导与练】2022-2023学年新教材高中物理必修第二册同步全程学习课时素养训练word（人教版）

实验:探究向心力大小的表达式 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论是　　　　。  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反比 解析:(1)在这个装置中,探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系,采用了控制变量法研究,A正确。 (2)实验中两小球的种类不同,即保持半径、角速度相同,只改变质量,探究的是向心力与质量之间的关系,D正确。 (3)通过控制变量法,得到的结果为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,C正确。 答案:(1)A　(2)D　(3)C 2.(2022·山东临沂联考)如图所示,图甲为“用向心力演示器验证向心力公式”的实验示意图,图乙为俯视图。图中A、B槽分别与a、b轮同轴固定,且a、b轮半径相同。当a、b两轮在皮带的带动下匀速转动时: (1)两槽转动的角速度ωA　　　(选填“>”“=”或“<”)ωB。  (2)现有两质量相同的钢球,①球放在A槽的边缘,②球放在B槽的边缘,它们到各自转轴的距离之比为2∶1。则钢球①、②的线速度大小之比为　　　,受到的向心力大小之比为　　　。  解析:(1)因两轮a、b转动的角速度相同,而两槽的角速度与两轮角速度相同,则两槽转动的角速度相等,即ωA=ωB。 (2)钢球①、②的角速度相同,半径之比为2∶1,则根据v=ωr可知,线速度大小之比为2∶1;根据F=mω2r 可知,受到的向心力大小之比为2∶1。 答案:(1)=　(2)2∶1　2∶1 3.两个同学做体验性实验来粗略地验证向心力公式F=m和F=mω2r,他们的做法如下:如图甲所示,绳子的一端拴一个小沙袋(或其他小物体),绳上离小沙袋重心40 cm的地方打一个绳结A,离小沙袋重心 80 cm的地方打另一个绳结B。同学甲看手表计时,同学乙按下列步骤操作: 操作一:手握绳结A,如图乙所示,使沙袋在水平方向上做匀速圆周运动,每秒运动1周,体会此时绳子拉力的大小。 操作二:手仍然握绳结A,但使沙袋在水平方向上每秒运动2周,体会此时绳子拉力的大小。 操作三:改为手握绳结B,使沙袋在水平方向上每秒运动1周,体会此时绳子拉力的大小。 根据以上操作步骤填空:操作一与操作三　　　　(选填“线速度”或“角速度”)相同,同学乙感到　　　　　　(选填“操作一”或“操作三”)绳子拉力比较大;操作二与操作三　　　　(选填“线速度”或“角速度”)相同,同学乙感到　　　　(选填“操作二”或“操作三”)绳子拉力比较大。  解析:操作一和操作三都是每秒转动一周,则角速度相等,根据F= mω2r知,半径大时所需的向心力大,则拉力大,即操作三感到向心力较大;操作三和操作二比较,操作三1 s内转过的弧长为2πr,操作二1 s内转过的弧长为2×2π×=2πr,知线速度大小相等,根据F=m知,半径小时所需向心力大,则操作二感到向心力较大。 答案:角速度　操作三　线速度　操作二 4.某同学利用如图所示的向心力演示器定量探究匀速圆周运动所需向心力F跟小球质量m、转速n和运动半径r之间的关系。 (1)为了单独探究向心力跟小球质量的关系,必须用　　　　　　法。 (2)转动手柄可以使长槽和短槽分别随变速塔轮匀速转动,槽内的球随之做匀速圆周运动。这时我们可以看到弹簧测力套筒上露出标尺,通过标尺上红白相间等分格数,即可求得两个球所受的　　　　　　。 (3)该同学通过实验得到如下表的数据: 次数 球的质 量 m/g 转动半径 r/cm 转速 n/(r·s-1) 向心力 大小F/ 红格数 1 14.0 15.00 1 2 2 28.0 15.00 1 4 3 14.0 15.00 2 8 4 14.0 30.00 1 4 根据以上数据,可归纳概括出向心力F跟小球质量m、转速n和运动半径r之间的关系是　　　　  　(文字表述)。 (4)实验中遇到的问题有:    (写出一点即可)。 解析:(1)为了单独探究向心力跟小球质量的关系,需要控制转速n和运动半径r不变,所以需要采用控制变量法。 (2)标尺上红白相间等分格子的多少可以显示小球所受向心力的大小,所以通过标尺上红