提分集训(24) 实验6 探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系(Word练习)-【金榜题名】2026年高考物理一轮总复习

1．(2025·福建莆田期末)实验探究小组用如图所示的实验装置来探究影响向心力大小的因素．长槽横臂的挡板C到转轴距离是挡板A到转轴距离的2倍，长槽横臂的挡板A和短槽横臂的挡板B到各自转轴的距离相等． (1)本实验采用的实验方法与下列实验中一致的是_______． A．探究弹簧弹力与形变量的关系 B．探究加速度与力、质量的关系 C．探究两个互成角度的力的合成规律 (2)若将质量相同的小球分别放在A、B两处，传动皮带套在左、右两个塔轮的半径之比为2∶1.当转动手柄时，A、B两处的角速度大小之比为_______；左、右两侧露出的标尺格数之比为_______． 解析：(1)本实验中探究向心力大小与质量、半径和角速度的关系，采用的实验方向是控制变量法． A．探究弹簧弹力与形变量的关系，没有采用控制变量法，故A错误； B．探究加速度与力、质量的关系采用的实验方法是控制变量法，故B正确； C．探究两个互成角度的力的合成规律采用的实验方法是等效替代法，故C错误． 故选B. (2)若将质量相同的小球分别放在A、B两处，则两小球做圆周运动的半径相等；传动皮带套在左、右两个塔轮的半径之比为2∶1，根据 v＝ωR 由于左、右两个塔轮边缘处的线速度大小相等，则A、B两处的角速度大小之比为 ω左∶ω右＝R右∶R左＝1∶2 根据F＝mω2r 可得左、右两侧露出的标尺格数之比为 F左∶F右＝ω∶ω＝1∶4 答案：(1)B (2)1∶2　1∶4 2．(2025·南宁一模)甲、乙两同学分别用如图所示的实验装置来验证向心力公式．匀质小球由轻绳a和b分别系在固定在轻质木架上A点和C点的力传感器1、2上．小球上装有遮光片，当木架绕轴BC匀速转动时，小球在水平面内做匀速圆周运动，绳a在竖直方向、绳b在水平方向．测得小球中心到转轴的距离为L，小球和遮光片的质量为m，忽略空气的阻力． (1)实验时，随着装置匀速转动的角速度增大，力传感器1的示数会___________(填“不断增大”“不断减小”或“保持不变”). (2)甲同学实验时，保持装置匀速转动，测得遮光片从第一次遮光到第N1次遮光经历的总时间为t1，则小球做圆周运动的周期T1＝________；力传感器2的示数为F1，如果表达式________(用F1、L、m、N1、t1、π表示)成立，则向心力公式得到验证． (3)乙同学实验时，测得遮光片的宽度为d，保持装置匀速转动，测得遮光片N2次遮光的总时间为t2，则小球做圆周运动的线速度v2＝______；力传感器2的示数为F2，如果表达式________(用F2、L、m、N2、t2、d表示)成立，则向心力公式得到验证． 解析：(1)力传感器1的示数始终等于小球和遮光片的总重力，示数保持不变． (2)甲同学实验时，周期T1＝ 如果表达式成立 F1＝mL＝mL 则向心力公式得到验证． (3)乙同学实验时，遮光片N2次遮光的总时间为t2，一次遮光的平均时间为t0＝ 小球运动的线速度v2＝＝ 如果表达式成立 F2＝m＝ 则向心力公式得到验证． 答案：(1)保持不变 (2)　F1＝mL (3)　F2＝ 3．某同学用如图甲所示的装置与传感器结合，探究向心力大小的表达式．实验时用手拨动挡光杆旋臂使其做圆周运动，力传感器和光电门固定在实验装置上，测量角速度和向心力． (1)测得挡光杆的宽度为1 mm，挡光杆通过光电门的时间为2×10-3 s，则挡光杆通过光电门的速度大小为________ m/s，挡光杆到转轴的距离为0.20 m，则挡光杆转动的角速度大小为________rad/s.(结果均保留两位有效数字) (2)图乙中①②两条曲线为相同半径、不同质量下向心力与角速度的关系图线，由图乙可知，与曲线①相比，曲线②对应的砝码质量________(填“更大”“等大”或“更小”). 解析：(1)挡光杆通过光电门的速度大小为 v＝＝ m/s＝0.50 m/s 由v＝rω 计算得出ω＝2.5 rad/s (2)根据向心力公式 F＝mrω2 可知半径和角速度相同时，质量越大则向心力越大，故曲线②对应的砝码质量更大． 答案：(1)0.50　2.5 (2)更大 4．(2025·沈阳模拟)某实验小组探究甩手时指尖的向心加速度，利用手机连拍功能(每隔0.1秒拍一张照片)得到甩手动作的过程如图甲．其中，A、B、C三点是甩手动作最后3张照片指尖的位置．可建立如下运动模型：指尖从A点以肘关节M为圆心做加速圆周运动，指尖到B的瞬间，立刻以腕关节N(视为已静止)为圆心做减速圆周运动，最终到达C点． (1)由图甲照片可知，实验者手臂自然下垂时肩膀到指尖的距离为13 cm，而相应的实际距离为65 cm；照片中A、B两点间距离为7.2 cm，则A、B两点的实际距离为______cm；由此可以计算指尖实际在A、B两点间运动的平均速度为______ m/s，并粗略认为这就是指尖过B点的线速度． (2)通过测量图甲得到BN两点的实际距离为18 cm；计算指尖在B点处绕N点转动的向心加速度为a向＝______m/s2(保留两位有效数字).为了检验实验结果，同学用手机传感器测量指尖处的加速度，按如图乙方式握住手机(手机紧贴手掌屏幕向上，手机长边与手臂成一条直线)，调整手机位置，使手机中的加速度传感器尽量靠近手指尖，重复与方案一相同的甩手动作，加速度传感器可以测出空间直角坐标系内x、y、z三个方向的加速度分量，其中x轴正方向沿手机平面向右，y轴正方向沿手机平面向上，z轴正方向垂直于手机平面向上．图丙为手机测量的手腕三个方向加速度随时间的变化曲线，其中曲线______(填“a”“b”或“c”)反映手指尖向心加速度． 解析：(1)根据比例关系有 ＝解得xAB＝36 cm 根据平均速度的定义，实际在A、B两点间运动的平均速度为 v＝＝ m/s＝3.6 m/s (2)结合上述，指尖在B点处绕N点转动的向心加速度为 a向＝＝ m/s2＝72 m/s2 由于人握住手机时，手机紧贴手掌屏幕向上，手机长边与手臂成一条直线，而y轴正方向沿手机平面向上，则指尖的向心加速度方向沿y轴负方向，可知，曲线b反映手指尖向心加速度． 答案：(1)36　3.6 (2)72　b 5．(2025·广西联考)某同学探究做圆周运动的物体的质量、向心力、轨道半径及线速度关系的实验装置如图甲所示，圆柱体放置在水平光滑圆盘上做匀速圆周运动．力传感器测量向心力大小F，速度传感器测量圆柱体的线速度大小v，该同学通过保持圆柱体的质量和运动半径不变，来探究向心力大小F与线速度大小v的关系． (1)该同学采用的实验方法为______． A．等效替代法 B．控制变量法 C．理想化模型法 (2)改变线速度大小，多次测量，该同学测出了5组F、v数据，该同学对数据分析后，在如图乙所示的坐标纸上描出了5个点． ①请作出F－v2图线； ②分析可知，由小到大，第______(填“1”“2”“3”“4”或“5”)组数据错误； ③若圆柱体运动半径r＝0.18 m，由作出的F－v2 图线可得圆柱体的质量m＝______kg(结果保留两位有效数字). 解析：(1)该同学采用的实验方法为控制变量法，故选B. (2)①作出F－v2图线如图； ②分析可知，由小到大，第2组数据偏离直线过大，则数据错误； ③根据F＝m 由图像可知k＝＝ 若圆柱体运动半径r＝0.18 m，可得圆柱体的质量 m＝0.16 kg 答案：(1)B (2)①见解析图 ②2　③0.16(0.14～0.18也可) 6．如图所示的装置可用来验证物体做圆周运动的向心力大小与半径、线速度、质量的关系．用一根细线系住小钢球，另一端连接在固定于铁架台上端的力传感器上，小钢球静止于A点，将光电门固定在A点的正下方靠近A点处．在小钢球底部竖直地粘住一片宽度为d的遮光条(质量不计，长度很小)，小钢球的质量为m，重力加速度为g.将小钢球竖直悬挂，测出悬点到小钢球球心之间的距离，得到小钢球的运动半径为R. (1)将小钢球拉至某一位置静止释放，读出小钢球经过A点时力传感器的读数F及遮光条的挡光时间Δt，则小钢球通过A点时的速度大小可视为v＝__________． (2)根据向心力公式可得，钢球经过最低点时的向心力大小为Fn＝__________(用m、d、R、Δt表示)；由受力分析可得，钢球通过A点时的向心力大小为F′n＝__________(用F、m、g表示)，将两次计算的结果进行比较． (3)改变小钢球释放的位置，重复实验，比较发现Fn总是略大于Fn′，分析表明这是系统误差造成的，该系统误差可能的原因是__________(填选项序号). A．小钢球的质量偏大 B．小钢球的初速度不为零 C．小钢球速度的测量值偏大 D．存在空气阻力 解析：(1)根据极短时间的平均速度等于瞬时速度，小钢球通过A点时的速度大小可视为 v＝ (2)根据向心力公式可得，钢球经过最低点时的向心力大小为Fn＝m＝ 钢球经过最低点时，绳子拉力与钢球重力的合力提供向心力，则钢球通过A点时的向心力大小为Fn′＝F－mg (3)实验测得小钢球通过A点时的速度为遮光条通过A点时的速度，小钢球、遮光条同轴转动，由于小钢球的运动半径小于遮光条的运动半径，根据v＝ωr 可知实际小钢球通过A点时的速度小于v，即小钢球速度的测量值偏大． 故选C. 答案：(1) (2)　F－mg (3)C 学科网（北京）股份有限公司 $$