课时作业25 探究向心力与半径、角速度和质量的关系-（课时作业）【红对勾讲与练】2024版新高考物理大一轮复习全新方案

第四章 曲线运动 万有引力与宇宙航行 3 课时作业25 探究向心力与半径、角速度和质量的关系 1.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。塔轮自上而下有三层,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的层来改变 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)该实验用到的方法是 ; A.理想实验 B.等效替代法 C.微元法 D.控制变量法 (2)在某次实验中,某同学把两个质量相等的 小球分别放在A、C 位置,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,得到左、右标尺露出的等分格数 之比为1︰4; (3)若 将皮带连接在左、右塔轮半径之比为 3︰1的塔轮上,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9个等分格,则实验说明 。 2.向心力演示器如图 所示,匀速转动手柄 1可以使变速塔轮2 和3以及长槽4和 短槽5随之匀速转动,槽内的小球也随着做匀 速圆周运动。使小球做匀速圆周运动的向心 力由横臂6的挡板对小球的压力提供。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7下降,从而露出标尺8。已知测力 套筒的弹簧相同,根据标尺8上露出的红白相 间等分标记,可以粗略计算出两个球所受向心 力的比值。若将变速塔轮2、3上的皮带共同 往下移动一级,则长槽和短槽的角速度之比会 (选填“变大”“不变”“变小”或“无法 确定”);如图所示,放在长、短槽内的三个小球 的质量相等,皮带所在左右塔轮的半径也相 等,则在加速转动过程中,左右标尺漏出的红 白等分标记会 (选填“变长”“不变” “变短”或“无法确定”),两边红白等分标记之 比会 (选填“变大”“不变”“变小”或 “无法确定”),在匀速转动的过程中,左右标尺 红白等分标记之比为 。 3.某同学做验证向心力 与线速度关系的实验。 装置如图所示,一轻质 细线上端固定在力传 感器上,下端悬挂一小 钢球。钢 球 静 止 时 刚 好 位 于 光 电 门 中 央。 主要实验步骤如下: ①用游标卡尺测出钢球直径d; ②将钢球悬挂静止不动,此时力传感器示数为 F1,用米尺量出线长L; ③将钢球拉到适当的高度处由静止释放,光电 门计时器测出钢球的遮光时间为t,力传感器 示数的最大值为F2; 已知当地的重力加速度大小为g,请用上述测 得的物理量表示: 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 -419- hh (1)钢球经过光电门时的线速度表达式v= ,向心力表达式F向=m v2 R= ; (2)钢球经过光电门时所受合力的表达 式 F合= ; (3)若在实验误差允许的范围内F向=F合,则 验证了向心力与线速度的关系。该实验可能 的误差有: 。(写出一条即可) 4.一物理兴趣小组利用学校实验室的数字实验 系统探究物体做圆周运动时向心力大小与角 速度、半径的关系。在保证重物的质量m 和做 圆周运动的角速度ω 不变的情况下,改变重物 做圆周运动的半径r,得到几组向心力大小Fn 与半径r的数据,记录到表1中。 表1 向心力大小Fn 与半径r的测量数据 次数 1 2 3 4 5 半径r/mm 50 60 70 80 90 向心力大小Fn/N 5.46 6.55 7.64 8.74 9.83 在保证重物的质量m 和做圆周运动的半径r 不变的情况下,改变重物的角速度ω,得到几 组向心力大小Fn 和角速度ω 的数据,记录到 表2中。 表2 向心力大小Fn 与角速度ω 的测量数据 次数 1 2 3 4 5 角速度ω/(rad·s-1)6.8 9.3 11.0 14.4 21.8 向心力大小Fn/N 0.9