2024届高考物理一轮复习重点突破训练 专题68实验：探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系

专题68实验：探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系 实验题： 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）通过本实验可以得到的结果是 。 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 （3）如图所示，在验证向心力公式的实验中，质量相同的钢球①、②分别放在A盘和B盘的边缘，A、B两盘的半径之比为2∶1，a、b分别是与A盘、B盘同轴的轮，a轮、b轮半径之比为1∶2，当a、b两轮在同一皮带带动下匀速转动时，钢球①、②受到的向心力之比为( ) A．2∶1 B．4∶1  C．1∶4   D．8∶1 2．某实验小组利用如图所示的装置进行“探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系”实验。转动手柄可使塔轮、长槽和短槽随之匀速转动。塔轮至上而下有三层，每层左、右半径比分别是1∶1、2∶1和3∶1.左、右塔轮通过皮带连接，并可通过改变皮带所处层来改变左、右塔轮的角速度之比。实验时，将两个小球分别放在短槽C处和长槽的A．（或B）处，A、C到左、右塔轮中心的距离相等，两个小球随塔轮做匀速圆周运动，向心力大小关系可由标尺露出的等分格的格数判断。 （1）在探究向心力与半径、质量、角速度的关系时，用到的实验方法是( ) A．理想实验 B．等效替代法 C．微元法 D．控制变量法 （2）探究向心力F与半径r的关系时，应将质量相同的小球分别放在挡板C和挡板 处（选填“A”或“B”），将传动皮带套在两塔轮半径 （选填“相同”或“不同”）的轮盘上。 （3）如图所示，两钢球质量和运动半径都相同若将皮带连接在左、右塔轮半径之比为2∶1的塔轮上，实验中匀速转动手柄时，左右两边塔轮的角速度之比为 ，当左边标尺露出1个等分格时右边标尺露出4个等分格，则实验说明做匀速圆周运动的物体，在质量和转动半径一定时， 。 3．在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之间的关系的实验中。 (1)在探究向心力的大小F与角速度ω的关系时，要保持 相同。 A．ω和r    B．ω和m    C．m和r    D．m和F (2)本实验采用的实验方法是 。 A．累积法    B．控制变量法     C．微元法    D．放大法 (3)甲同学在进行如图甲所示的实验，他是在研究向心力的大小F与 的关系。可以得到的正确结果是 。 (4)乙同学把两小球都换为钢球，且质量相等，如图乙所示，实验中观察到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。由圆周运动知识可以判断与皮带连接的变速轮塔相对应的半径之比为 。 4．为验证匀速圆周运动的向心加速度与角速度、轨道半径间的定量关系，某同学设计了如图甲所示的实验装置。其中AB是固定在竖直转轴上的水平平台，A端固定的压力传感器可测出小物体对其压力的大小，B端固定一宽度为d的挡光片，光电门可测量挡光片每一次的挡光时间。 实验步骤如下： ①测出挡光片与转轴间的距离L； ②将小物体紧靠传感器放置在平台上，测出小物体中心与转轴的距离r； ③使平台AB绕转轴匀速转动； ④记录压力传感器的示数F和对应的挡光时间； ⑤保持小物体质量和距离r不变，多次改变转动角速度，记录压力传感器示数F和对应的挡光时间。 （1）小物体转动的角速度 （用L、d、表示）；若某次实验中挡光片的宽度如图乙所示，其读数为 mm； （2）要验证小物体的向心加速度与角速度、轨道半径间的定量关系，还需要测出小物体的质量m，则在误差允许范围内，本实验需验证的关系式为 （用所测物理量的符号表示）。 5．用如图所示的实验装置研究影响向心力大小的因素。长槽上的挡板B到转轴的距离是挡板A的2倍，长槽上的挡板A和短槽上的挡板C到各自转轴的距离相等。转动手柄使长槽和短槽分别随变速塔轮匀速转动，槽内的球就做匀速圆周运动。挡板对球的压力提供了向心力，球对挡板的反作用力通过横臂的杠杆作用使弹簧力筒下降，从而露出标尺，根据标尺上的等分格可以粗略计算出两个球所受向心力的比值。    （1）当传动皮带套