实验特训6 探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系-【抢先一步】2023-2024学年新高考物理一轮新题型综合特训（上海专用）

实验特训6 探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系（解析版） 学校:___________姓名：___________班级：___________考号：___________ 实验题 材料一： 1．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． 【答案】 C 一 B 【详解】（1）[1]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，采用的实验方法是控制变量法。 A．用油膜法估测油酸分子的大小，采用的实验方向是通过测量宏观量来测量微观量的方法，故A错误； B．用单摆测量重力加速度的大小，分别测量出摆长和周期，通过单摆周期公式计算得到重力加速度大小，不是采用控制变量法，故B错误； C．探究加速度与物体受力、物体质量的关系，采用的实验方法是控制变量法，故C正确。 故选C。 （2）[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，应使两球的角速度相同，则需要将传动皮带调至第一层塔轮。 （3）[3]在另一次实验中，把两个质量相等的钢球放在B、C位置，则两球做圆周运动的半径相等；传动皮带位于第二层，则两球做圆周运动的角速度之比为 根据 可知当塔轮匀速转动时，左右两标尺露出的格子数之比约为 故选B。 材料二： 2．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 （填“>”“=”或“<”）。 （2）现有两个质量相同的钢球，球1放在A槽的横臂挡板处，球2放在B槽的横臂挡板处，它们到各自转轴的距离之比为2：1，则钢球1、2的线速度之比为 ；当钢球1、2各自对应的标尺露出的格数之比为 时，向心力公式得到验证。 【答案】 = 2：1 2：1 【详解】（1）[1]由于a、b轮半径相同，通过皮带传动线速度大小相同，故两槽转动的角速度满足 （2）[2]现有两个质量相同的钢球，球1放在A槽的横臂挡板处，球2放在B槽的横臂挡板处，它们到各自转轴的距离之比为2：1，由可知，钢球1、2的线速度之比为2：1。 [3]由向心力表达式可知，两钢球质量相同、转动角速度相同，则向心力大小与轨道半径成正比，故钢球1、2各自对应的标尺露出的格数之比为2：1。 材料三： 3．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 。（填选项前字母） A．理想实验法    B．等效替代法    C．控制变量法    D．演绎法 （2）图示中两个钢球质量和转动半径相等，则正在探究的是 。（填选项前字母） A．向心力的大小与半径的关系    B．向心力的大小与角速度的关系 C．向心力的大小与物体质量的关系    D．向心力的大小与线速度大小的关系 （3）保持两个钢球质量和转动半径相等，若图中标尺上黑白相间的等分格显示出两个小球所受向心力的比值为1:4，则两个小球的转动角速度之比为 。 （4）保持两个小球质量和转动半径相等，调节皮带在变速塔轮的位置多次实验，可以得出的结论是 。（填选项前字母） A．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 B．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 C．在质量和半径一定的情况下，向心力的大小与角速度的平方成正比 D．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反比 【答案】 C B 1:2 C 【详解】（1）[1]实验目的是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，数据处理时，先确保其它物理量不变，只改变相关两个物理量，因此本实验采用的是控制变量法。 故选C。 （2）[2]图示中两个钢球质量