实验针对训练6 探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系(Word练习)-【名师导航】2024年高考物理一轮总复习(新教材新高考)通用版

实验针对训练(六) 1．如图所示是探究向心力的大小F与质量m、角速度ω和运动半径r之间的关系的实验装置图，转动手柄1，可使变速塔轮2和3以及长槽4和短槽5随之匀速转动。皮带分别套在塔轮2和3上的不同圆盘上，可使两个槽内的小球6、7分别以不同的角速度做匀速圆周运动。小球做圆周运动的向心力由横臂8的挡板对小球的弹力提供，球对挡板的反作用力，通过横臂8的杠杆作用使弹簧测力套筒9下降，从而露出标尺10，标尺10上露出的红白相间的等分格显示出两个球所受向心力的比值。那么： (1)现将两小球分别放在两边的槽内，为了探究小球受到的向心力大小和角速度的关系，下列说法中正确的是________。 A．在小球运动半径相等的情况下，用质量相同的小球做实验 B．在小球运动半径相等的情况下，用质量不同的小球做实验 C．在小球运动半径不等的情况下，用质量不同的小球做实验 D．在小球运动半径不等的情况下，用质量相同的小球做实验 (2)在该实验中应用了________(选填“理想实验法”“控制变量法”或“等效替代法”)来探究向心力的大小与质量m、角速度ω和运动半径r之间的关系。 (3)当用两个质量相等的小球做实验，且左边小球的轨道半径为右边小球的2倍，转动时发现右边标尺上露出的红白相间的等分格数为左边的2倍，那么，左边塔轮与右边塔轮之间的角速度之比为________。 [解析]　(1)根据F＝mrω2，要探究小球受到的向心力大小与角速度的关系，需控制小球的质量和运动半径不变，所以A选项是正确的，B、C、D错误。 (2)由前面分析可以知道该实验采用的是控制变量法。 (3)根据F＝mrω2，＝，＝，故可以知道左边轮塔与右边轮塔之间的角速度之比为1∶2。 [答案]　(1)A　(2)控制变量法　(3)1∶2 2．利用如图实验装置可验证做匀速圆周运动的物体所受合力与所需向心力的“供”“需”关系，启动小电动机带动小球做圆锥摆运动，不计一切阻力，移动水平圆盘，当盘与球恰好相切时关闭电动机，让球停止运动，悬线处于伸直状态。利用弹簧测力计水平径向向外拉小球，使小球恰好离开圆盘且处于静止状态时，测出水平弹力的大小F。 (1)(多选)为算出小球做匀速圆周运动时所需向心力，下列物理量还应该测出的有________； A．用秒表测出小球运动周期T B．用刻度尺测出小球做匀速圆周运动半径r C．用刻度尺测出小球到线的悬点的竖直高度h D．用天平测出小球质量m (2)小球做匀速圆周运动时，所受重力与线拉力的合力大小________弹簧测力计测出F大小；(选填“大于”“等于”或“小于”) (3)当所测物理量满足________关系式时，则做匀速圆周运动的物体所受合力与所需向心力的“供”“需”平衡。 [解析]　(1)根据向心力公式Fn＝mr分析知，为算出小球做匀速圆周运动时所需向心力，需要测出小球做匀速圆周运动的周期T、半径r和小球质量m，故A、B、D正确，C错误。 (2)据题意，小球静止时，F等于悬线拉力的水平分力，即有F＝mgtan θ，θ是悬线与竖直方向的夹角，小球做匀速圆周运动时，由重力与悬线拉力的合力提供向心力，重力与悬线拉力的合力大小F合＝mgtan θ，则F合＝F。 (3)当F合＝Fn，即F＝mr时，做匀速圆周运动的物体所受合力与所需向心力的“供”“需”平衡。 [答案]　(1)ABD　(2)等于　(3)F＝mr 3．航天器绕地球做匀速圆周运动时处于完全失重状态，物体对支持面没有压力，所以在这种环境中已经无法用天平称量物体的质量。假设某同学在这种环境中设计了如图所示的装置(图中O为光滑小孔)来间接测量物体的质量：给待测物体一个初速度，使它在桌面上做匀速圆周运动。设航天器中具有基本测量工具。 (1)实验时需要测量的物理量是__________________________。 (2)待测物体质量的表达式为m＝________。 [解析]　需测量物体做圆周运动的周期T、半径R以及弹簧测力计的示数F，则有F＝mR，所以待测物体质量的表达式为m＝。 [答案]　(1)弹簧测力计示数F、圆周运动的半径R、圆周运动的周期T　(2) 4．在“用圆锥摆验证向心力的表达式”实验中，如图甲所示，悬点刚好与一个竖直的刻度尺零刻度线对齐。将画着几个同心圆的白纸置于水平桌面上，使小钢球静止时刚好位于圆心。用手带动小钢球，设法使它刚好沿纸上某个半径为r的圆做圆周运动，小钢球的质量为m，重力加速度为g。 甲　　　　　　　　　乙 (1)用秒表记录小钢球运动n圈的总时间为t，那么小钢球做圆周运动中需要的向心力表达式为Fn＝________。 (2)通过刻度尺测得小钢球轨道平面距悬点的高度为h，那么小钢球做圆周运动中外力提供的向心力表达式为Fn＝________。 (3)改变小钢球做圆周运动的半径，多次实验，得到