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

提分集训（二十四）探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系 1.(2025·福建莆田期末)实验探究小组用如图所示 (3)乙同学实验时，测得遮光片的宽度为d,保持装 的实验装置来探究影响向心力大小的因素.长槽 置匀速转动，测得遮光片V2次遮光的总时间为与， 横臂的挡板C到转轴距离是挡板A到转轴距离 则小球做圆周运动的线速度边= :力传 的2倍，长槽横臂的挡板A和短槽横臂的挡板B 感器2的示数为F2,如果表达式 (用 到各自转轴的距离相等， F2、L、m、N2、t2、d表示)成立，则向心力公式得到 标尺 验证 挡板C挡板A 挡板B 3.某同学用如图甲所示的装置与传感器结合，探究 长 —短槽 向心力大小的表达式.实验时用手拨动挡光杆旋 变速 变速 塔轮 塔轮 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 手柄 100 (1)本实验采用的实验方法与下列实验中一致的 80 ② 是 z60 A.探究弹簧弹力与形变量的关系 240 20 B.探究加速度与力、质量的关系 04 3 C.探究两个互成角度的力的合成规律 691215182 w/(rad·s (2)若将质量相同的小球分别放在A、B两处，传 甲 乙 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 (1)测得挡光杆的宽度为1mm,挡光杆通过光电 :左、右两侧露出的标尺格数之比为 门的时间为2×10一3s,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 2.(2025·南宁一模)甲、乙两同学分别用如图所示 0.20m,则挡光杆转动的角速度大小为 的实验装置来验证向心力公式.匀质小球由轻绳a rad/s.(结果均保留两位有效数字) 和b分别系在固定在轻质木架上A点和C点的力 (2)图乙中①②两条曲线为相同半径、不同质量下 传感器1,2上，小球上装有遮光片，当木架绕轴 向心力与角速度的关系图线，由图乙可知，与曲线 BC匀速转动时，小球在水平面内做匀速圆周运 ①相比，曲线②对应的砝码质量 动，绳a在竖直方向、绳b在水平方向.测得小球 (填“更 中心到转轴的距离为L,小球和遮光片的质量为 大”“等大”或“更小”). m,忽略空气的阻力。 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 B 张照片)得到甩手动作的过程如图甲，其中，A、B、 力传感器1中 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 力传感器2 心做加速圆周运动，指尖到B的瞬间，立刻以腕关 遮光片 b 节V(视为已静止)为圆心做减速圆周运动，最终 光电门 接电子计 到达C点. 时计数器 (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 ,则小球做圆周运动的周期T= :力 传感器2的示数为F,如果表达式 (用F1L、、N1、π表示)成立，则向心力公式 得到验证. 385 (1)由图甲照片可知，实验者手臂自然下垂时肩膀 (1)该同学采用的实验方法为 到指尖的距离为13cm,而相应的实际距离为 A.等效替代法 65cm:照片中A、B两点间距离为7.2cm,则A、 B.控制变量法 B两点的实际距离为 cm;由此可以计算指 C.理想化模型法 尖实际在A、B两点间运动的平均速度为 (2)改变线速度大小，多次测量，该同学测出了5 m/s,并粗略认为这就是指尖过B点的线速度， 组F、数据，该同学对数据分析后，在如图乙所示 (2)通过测量图甲得到BN两点的实际距离为 的坐标纸上描出了5个点， 18cm;计算指尖在B点处绕V点转动的向心加 ①请作出F一2图线； 速度为a向三 m/s2(保留两位有效数字).为 ②分析可知，由小到大，第 (填“1”“2”“3” 了检验实验结果，同学用手机传感器测量指尖处 “4”或“5”)组数据错误； ③若圆柱体运动半径r=0.18m,由作出的F一2 的加速度，按如图乙方式握住手机（手机紧贴手掌 图线可得圆柱体的质量m= kg(结果保留 屏幕向上，手机长边与手臂成一条直线)，调整手 两位有效数字) 机位置，使手机中的加速度传感器尽量靠近手指 6.如图所示的装置可用来验证物体做圆周运动的向 尖，重复与方案一相同的甩手动作，加速度传感器 心力大小与半径、线速度、质量的关系.用一根细 可以测出空间直角坐标系内x、y、之三个方向的加 线系住小钢球，另一端连接在固定于铁架台上端 速度分量，其中x轴正方向沿手机平面向右，y轴 的力传感器上，小钢球静止于A点，将光电门固定 正方向沿手机平面向上，之轴正方向垂直于手机 在A点的正下方靠近A点处.在小钢球底部竖直 平面向上.图丙为手机测量的手腕三个方向加速 地粘住一片宽度为d的遮光条（质量不计，长度很 度随时间的变化曲线，其中曲线 (填“a”“b” 小)，小钢球的质量为m,重力加速度为g.将小钢 或“c”)反映手指尖向心加速度 球竖直悬挂，测出悬点到小钢球球心之间的距离， x轴线性加速度(m/s) 得到小钢球的运动半径为R. 10.0 0.00 门力传感器 -10.0士 0.00 1.0 2.00 光电门 时间() 遮光条 y轴线性加速度(m/s) z轴线性加速度(m/s) 0.00日 40.0日 -20.0 20.0 光电门 -40.0 0.00 -60.0 -80.0 20.0日 0.00 1.00 2.00 0.00 1.00 2.00 时间(s 时间(S (1)将小钢球拉至某一位置静止释放，读出小钢球 丙 经过A点时力传感器的读数F及遮光条的挡光 5.(2025·广西联考)某同学探究做圆周运动的物体 时间△1，则小钢球通过A点时的速度大小可视为 的质量、向心力、轨道半径及线速度关系的实验装 U- 置如图甲所示，圆柱体放置在水平光滑圆盘上做 (2)根据向心力公式可得，钢球经过最低点时的向 匀速圆周运动.力传感器测量向心力大小F,速度 心力大小为F。 (用m、d、R、△1表 传感器测量圆柱体的线速度大小，该同学通过保 示)：由受力分析可得，钢球通过A点时的向心力 持圆柱体的质量和运动半径不变，来探究向心力 大小为F。'= (用F、m、g表示)，将两 大小F与线速度大小v的关系， 次计算的结果进行比较， 10LF/N (3)改变小钢球释放的位置，重复实验，比较发现 F。总是略大于F。,分析表明这是系统误差造成 速度传感器 力传感器 8 的，该系统误差可能的原因是 以 A.小钢球的质量偏大 2 B.小钢球的初速度不为零 圆柱体 02468102/m2.s C.小钢球速度的测量值偏大 甲 D.存在空气阻力 386B.设小球在b点受到轨道的支持力为N,对小球在b点时受力分 折，南车领第二龙律可得N-mg一m是，得N=mg十m管 如果表达式成立F处=m工 则向心力公式得到验证。 由牛顿第三定律有小球经过b点的瞬间对轨道的压力大小为 1 N-N=mg十mR,可见R越大，小球经过b点的醉间对轨道 答案：1保持不变2R=mL(-少 的压力变小，故B错误： F=mNde L CD小球从c点到d点微平抛运动，则2R-g2=1 3,解析：(1)挡光杆通过光电门的速度大小为 解得一2R一2√尽北D豆故造AD =4=1×10-3 2×10m/8=0.50m/s 由v一r仙计算得出u一2.5rnd/s 10.解析：(1)由题意可得，当物体在托盘上随托盘一起转动时，托 (2)根据向心力公式F一m 盘对物体的静摩擦力提供向心力，所以随着托盘转追的增大， 可知半径和角诡度相同时，质量越大剥向心力越大，故曲线②对 物体受到的静摩擦力增大，当静摩擦力最大时，物体将从托盘 应的砖码质量更大 上滑出，剥有fm=41FN=mmr,F、=mg,解得w1=2rad/s. 答案：(1)0.502.5(2)更大 (2)由题意可得，当物体滑到餐桌边缘速度恰好减为零时，对应 的餐桌半径最小，设物体在餐桌上滑动的位移为百，物体在餐 1解折，核糕比州美系有管需-解得他一36m 来上微匀减速运动的加速度大小为(，则有：均mg一 根据平均速度的定义，实际在A、B两点间运动的平均逸度为 故a一g-3m/s 物体附从托盘滑到餐来上的速度为的=rw1=3m/s v--=36×10- 0.1m/s=3.6m/s 由运动学公式有0一心一一2a.xr (2)结合上述，指尖在B点处绕N点转动的向心加速度为 解得x1一1.5m 3.62 可得餐来半径的最小值R-√+7-3m a为-18X107m/g=72m/g 2 由于人握住手机时，手机餐贴手掌屏幕向上，手机长边与手臂成 (3)由于餐来丰径R一号口所以物体在餐来上滑动的危移为 一条直线，而y轴正方向沿手机平面向上，别指尖的向心加速度 方向沿y轴负方向，可知，曲线b反映手指尖向心加速度， -R-7-号m 答案：(1)363.6 (2)72b 设离开餐来的速度为，由运动学公式有 5.解析：(1)该同学采用的实龄方 10 ---2a.,解得物一1.5m/s 法为控制变量法，故选B. 5 (2)①作出F-图线如图： 由h-之g,解得1一立8 ②分析可知，由小到大，第2组 5 数据偏离直线过大，刚数据 则物体脱离餐来后的水平位移一1一宫m, 错误： 故物体落地点到餐桌中心的水平距离 ③样活F=m号 √F++P-丽 024680Hm2·乐月 4 m. 由图保可知大=”一 9 r 答案：12ads(23号m(3)厘n 若圆柱体远动半径r一0.18m,可得圆柱体的质量 2 m=0.16kg 提分集训（二十四） 答案：(1)B (2)①见解析图②2③0.16(0,14一0.18之间) 1.解析：(1)本实验中探究向心力大小与质量、半径和角遂度的关 6.解析：(1)根据极短时间的平均速度等于瞬时逸度，小铜球通过A 系，采用的实验方向是拉制变量法 点时的谁度大小可视为 d 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.探究加逸度与力、质量的关系采用的实脸方法是控制变量 (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 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 M 方法是等效替代法，故C错误.故选B. F。=mR一R(△ (2)若将质量相同的小球分别放在A、B两处，别两小球做回周运 钢球经过最低点时，绳子拉力与铜球重力的合力提供向心力，则 动的半径相等：传动皮带参在左，右两个塔轮的半径之比为2： 钢球通过A点时的向心力大小为Fm一F一mg 1,根搭一mR. (3)实验测得小钢球道过A点时的速度为遮光条通过A点时的 由于左、右两个塔轮边缭处的线逸度大小相等，则A、B两处的角 逸度，小钢球、遮光条同轴转动，由于小铜球的运动半径小于遮 速度大小之比为仙在四右=R云：R发=1：2， 光条的运动半径，根据u一可知实际小钢球通过A点时的速 根据F=mmr可得左，右两侧露出的标尺格数之比为 度小于，即小钢球速度的测量佳偏大。故选C Fk:FG=w:w2=1￥4 答案：(1)B(2)121t4 答案：(1) d (2)m (△) F-mg (3)C 2,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 提分集训（二十五） 数保持不变。 (2)甲同学实验时，周期工N 1 1,接CA,根据万有引力表达或有F-GMm】 r2 由于P距离地球最近，则卫星在P点受到地球的万有引力最大， 表达式成立B一mL(）)'-mL(-卫 故A错误： B.卫星由P点运动到Q点过程，万有引力方向与速度方向夹角 则向心力公式得到验证 为乾角，卫星做减速运动，可知，卫星在Q点的速度最小，故B (3)乙同学实脸时，遮光片N:次遮光的总时阅为妇，一次遮光的 错误： 平均时间为一N C.根据牛颜第二定律有Gr-m心 小球运动的线建度m一。一4 解得。-，由子P距离地球最近，剩卫显在P点的加建虎膜 大，故心正确： 622