2024届高考物理一轮复习专题练习：4.7实验：探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系

4.7实验：探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系专题练习 1.如图甲所示，某实验小组探究影响向心力大小的因素．用细绳系一纸杯(杯中有30 mL的水)，将手举过头顶，使纸杯在水平面内做圆周运动． (1)下列说法中正确的是________． A．保持质量、绳长不变，增大转速，绳对手的拉力将不变 B．保持质量、绳长不变，增大转速，绳对手的拉力将增大 C．保持质量、角速度不变，增大绳长，绳对手的拉力将不变 D．保持质量、角速度不变，增大绳长，绳对手的拉力将增大 (2)如图乙，绳离杯心40 cm处打一结点A,80 cm处打一结点B，学习小组中一位同学用手表计时，另一位同学操作． 操作一：手握绳结A，使杯在水平面内每秒运动一周，体会向心力的大小． 操作二：手握绳结B，使杯在水平面内每秒运动一周，体会向心力的大小． 操作三：手握绳结A，使杯在水平面内每秒运动二周，体会向心力的大小． 操作四：手握绳结A，再向杯中添加30 mL的水，使杯在水平面内每秒运动一周，体会向心力的大小． 则：①操作二与一相比较：质量、角速度相同，向心力的大小与转动半径大小有关； 操作三与一相比较：质量、半径相同，向心力的大小与角速度有关； 操作四与一相比较：________________相同，向心力的大小与________有关； ②物理学中此种实验方法叫________________法． ③小组总结阶段，在空中甩动，使杯在水平面内做圆周运动的同学谈感受时说：“感觉手腕发酸，感觉力的方向不是指向圆心的向心力，而是背离圆心的力，跟书上说的不一样”，你认为该同学的说法是否正确，为什么？ 2．某同学用如图的向心力演示器探究影响向心力大小的因素。 （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，下列方案正确的是______； A．在小球运动半径不等的情况下，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．在小球运动半径相等的情况下，用质量相同的小球做实验 （2）该同学在某次实验中匀速转动手柄，左边标尺露出1格，右边标尺露出4格，之后仅增大手柄的转速，则左右两标尺示数______，两标尺示数的比值______。（选填“变大”、“变小”或“近似不变”） 3．某实验装置如图所示。水平光滑圆盘可绕通过圆心的竖直轴匀速转动，竖直轴的角速度可以由电动机控制，圆盘沿半径方向有一个小槽，槽内有可移动的压力传感器，用来测量向心力的大小，将实验小球紧贴压力传感器放置。利用该装置可探究做圆周运动的物体向心力F的大小与小球运动半径r、角速度ω及质量m的关系。 （1）换用不同m的小球，在保证___________和r不变的条件下，观察F的大小；发现圆周运动所需向心力随小球的___________的增大而增大。（均用题干所给的符号表示） （2）经过探究，可以得出向心力大小的表达式F=___________。（用题干所给的符号表示） （3）物理学中此种实验方法叫___________。 A．理想实验法B．等效替代法C．控制变量法 4.向心力演示器如图所示，用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ω和半径r之间的关系．两个变速塔轮通过皮带连接，匀速转动手柄使长槽和短槽分别随变速塔轮1和变速塔轮2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套筒下降，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)在研究向心力的大小F与质量m、角速度ω和半径r之间的关系时主要用到了物理学中的________． A．理想实验法 B．等效替代法 C．控制变量法 D．演绎法 (2)若两个钢球质量和运动半径相等，则是在研究向心力的大小F与________的关系； A．钢球质量m B．运动半径r C．角速度ω (3)若两个钢球质量和运动半径相等，标尺上红白相间的等分格显示出钢球1和钢球2所受向心力的比值为1∶9，则与皮带连接的变速塔轮1和变速塔轮2的半径之比为________． A．1∶3 B．3∶1 C．1∶9 D．9∶1 5．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与质量、角速度和半径之间的关系。两个变速轮塔通过皮带连接，转动手柄使长槽和短槽分别随变速轮塔匀速转动。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