精品解析：4.6 实验 探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系（练）-2024届高考物理一轮复习

第四章 抛体运动与圆周运动 实验 探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系 课时作业 1. 如图所示为改装的探究圆周运动的向心加速度的实验装置．有机玻璃支架上固定一个直流电动机，电动机转轴上固定一个半径为r的塑料圆盘，圆盘中心正下方用细线接一个重锤，圆盘边缘连接细绳，细绳另端连接一个小球．实验操作如下： ①利用天平测量小球的质量m,记录当地的重力加速度g的大小； ②闭合电源开关，让小球做如图所示的匀速圆周运动，调节激光笔2的高度和激光笔1的位置，让激光恰好照射到小球的中心，用刻度尺测量小球做圆周运动的半径R和球心到塑料圆盘的高度h； ③当小球第一次到达A点时开始计时，并记录为1次，记录小球n次到达A点的时间t； ④切断电源，整理器材． 请回答下列问题： (1)下列说法正确的是______． A.小球运动的周期为 B.小球运动的线速度大小为 C.小球运动的向心力大小为 D.若电动机转速增加，激光笔1、2应分别左移、升高 (2)若已测出R=40.00cm、r=4.00cm,h=90.00cm,t=100. 00s,n=51,取3.14,则小球做圆周运动的周期T=_____s,记录的当地重力加速度大小应为g=____m/s2．(计算结果均保留3位有效数字） 2. 如图所示为向心力演示装置，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（即挡板、、C）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。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。利用此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。已知小球在挡板、、C处做圆周运动的轨迹半径之比为1∶2∶1。 （1）要探究向心力与轨道半径的关系时，把皮带套在左、右两个塔轮的半径相同的位置，把两个质量______（选填“相同”或“不同”）的小球放置在挡板______和挡板______位置（选填“A”、“B”或“C”）。 （2）把两个质量不同的小球分别放在挡板A和C位置，皮带套在左、右两个塔轮的半径之比为1∶2，则放在挡板A处的小球与C处的小球角速度大小之比为______。 （3）把两个质量相同的小球分别放在挡板B和C位置，皮带套在左、右两边塔轮的半径之比为3∶1，则转动时左、右标尺上露出的红白相间的等分格数之比约为______。 (2023·山东泰安市模拟) 3. 为探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系，小明按如图装置进行实验，物块放在平台卡槽内，平台绕轴转动，物块做匀速圆周运动，平台转速可以控制，光电计时器可以记录转动快慢。 （1）为了探究向心力与角速度的关系，需要控制_________保持不变，小明由计时器测转动的周期T，计算的表达式是___________。 （2）小明按上述实验将测算得的结果用作图法来处理数据，如图所示纵轴F为力传感器读数，横轴为，图线不过坐标原点的原因是__________，用电子天平测得物块质量为，直尺测得半径为，图线斜率大小为_________（结果保留两位有效数字）。 4. 某同学为了测量当地的重力加速度，设计了一套如图甲所示的实验装置。拉力传感器竖直固定，一根不可伸长的细线上端固定在传感器的固定挂钩上，下端系一小钢球，钢球底部固定有遮光片，在拉力传感器的正下方安装有光电门，钢球通过最低点时遮光片恰能通过光电门。小明同学进行了下列实验步骤： （1）用游标卡尺测量遮光片的宽度，如图乙所示，则___________mm； （2）用游标卡尺测量小钢球的直径为D，用刻度尺测量小钢球到悬点的摆线长为I； （3）拉起小钢球，使细线与竖直方向成不同角度，小钢球由静止释放后均在竖直平面内运动，记录遮光片每次通过光电门的遮光时间和对应的拉力传感器示数； （4）根据记录的数据描绘出如图所示的图像，已知图像与纵轴交点为，图像斜率为，则通过以上信息可求出当地的重力加速度表达式为g=___________（用题目中所给物理量的符号表示）； （5）如果在实验过程中所系的细线出现松动，则根据实验数据求出的当地重力加速度g的值比实际值___________（选填“偏大”、“偏小”、“不变”）。 5. 小明同学为探究向心力F与线速度v关系，用如图所示的实验装置完成实验。其中质量为m的小圆柱体放在未画出的水平光滑圆盘上，沿图中虚线做匀速圆周运动。力电传感器测定圆柱体的向心力，光电传感器测定线速度，轨迹的半径为r。实验过程中保持圆柱体质量和运动半径不变。 （1）该同学采用的实验方法为___________。 A．等效替代法 B．理想化模型法 C．控制变量法 （2）改变线