第23讲 探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系（练习）——备战2024年高考物理一轮复习全面攻略

第23讲 探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系 姓名：__________ 班级：__________考号：__________ 好题与新题 1．（2023·全国·二模）如图是向心力演示仪的示意图，长槽4、短槽5和左右塔轮2和3分别固定在一起。匀速转动手柄1，通过皮带带动左右两个变速塔轮2和3随之匀速转动，放在长槽和短槽内小球将在水平面内做匀速圆周运动。图中横臂6对小球的弹力提供小球做圆周运动的向心力，同时由于横臂的弹力也使测力套筒7下降，从而露出标尺，标尺8上露出的红白相间等分格子的多少可以显示出两个球所受向心力的大小（标尺最多可以露出7格）。已知小球放在和B两个位置时，转动半径相同，放在和两个位置时，转动半径之比为，通过调节皮带的位置，可以给左右两个塔轮提供三个挡位：即转速比分别是、和。 （1）应使用 （选填“等效替代法”、“控制变量法”、“类比法”）来探究影响向心力大小的因素。 （2）在探究向心力与质量的关系时，选用转速比挡位，两个不同质量的小球分别放在挡板B和挡板 （选填“”、“”）处； （3）在探究向心力与角速度的关系时，在选取转速比挡位时，由于标尺露出的格数有限，无法观察到的格数比。根据（2）问中探究得到的向心力与质量成正比的结果，可以选用质量比为的小球，这样当观察到标尺露出红白相间的等分格数之比为 时，就可以说明向心力与角速度的平方成正比。 2．（2023·福建厦门·统考二模）如图甲所示为向心力演示仪，可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．长槽的A、B处和短槽的C处分别到各自转轴中心距离之比为．变速塔轮自上而下有三种组合方式，左右每层半径之比由上至下分别为、和，如图乙所示。 （1）本实验的目的是探究向心力的大小与小球质量m、角速度和半径r之间的关系，下列实验中采用的实验方法与本实验相同的是 。 A．用油膜法估测油酸分子的大小 B．用单摆测量重力加速度的大小 C．探究加速度与物体受力、物体质量的关系 （2）在某次实验中，把两个质量相等的钢球放在A、C位置，探究向心力的大小与半径的关系，则需要将传动皮带调至第 层塔轮（选填“一”“二”或“三”）； （3）在另一次实验中，把两个质量相等的钢球放在B、C位置，传动皮带位于第二层，转动手柄，则当塔轮匀速转动时，左右两标尺露出的格子数之比约为 ． A．    B．    C．    D． 3．（2023·四川泸州·统考二模）某实验小组用如图甲所示的装置探究向心力大小与周期、半径之间的关系，轻绳一端系着小球，另一端固定在竖直杆上的力传感器上，小球套在光滑水平杆上。水平杆在电动机带动下可以在水平面内绕竖直杆匀速转动。已知小球质量为m，小球做圆周运动的半径为r，电子计数器可记录杆做圆周运动的圈数，用秒表记录小球转动n圈的时间为t。 （1）若保持小球运动半径不变，仅减小运动周期，小球受到的拉力将 ；若保持小球运动的周期不变，仅减小运动半径，小球受到的拉力将 。（以上两空均选填“变大”“变小”或“不变”） （2）该小组同学做实验时，保持小球做圆周运动的半径不变，选用质量为的小球甲和质量为的小球乙做了两组实验。两组实验中分别多次改变小球运动的转速，记录实验数据，作出了F与关系如图乙所示的①和②两条曲线，图中反映小球甲的实验数据是 （选填“①”或“②”）。 4．（2021·辽宁沈阳·统考二模）如图甲所示，一个带有凹槽的圆盘，其凹槽宽度略大于纸带宽度，圆盘绕水平轴在竖直面内转动，用该装置可测圆盘转动的角速度。操作如下： i、打点计时器固定在桌面上，将纸带的一端穿过打点计时器，然后固定在圆盘的凹槽内； ii、接通电源，打点计时器开始打点，启动控制装置让圆盘转动，使纸带卷在圆盘上； iii、停止圆盘转动，切断电源，取下纸带，进行测量。 请回答下列问题： （1）使用学生电源给实验中的电磁打点计时器供电，应采用图乙中的 接法（填“A”或“B”）。 （2）在纸带上标记若干个计数点并测量它们的间距如图丙所示，相邻计数点间的时间间隔为T，测得圆盘直径为d，槽深为h；则打下点B时，圆盘转动的角速度的表达式为ω= 。（忽略纸带厚度带来的影响） （3）由于纸带具有一定的厚度，会使角速度的测量结果 （填“偏大”、“偏小”或“不变”）。 5．（2023·全国·模拟预测）某实验小组的同学利用如图甲所示的实验装置完成了“探究向心力与线速度关系”的实验，将小球用质量不计长为L的细线系于固定在铁架台上的力传感器上，小球的下端有一长度极短、宽度为d的挡光片，测得小球的直径为D，重力加速度用g表示。请回答