第4章 微练16 实验6 探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系(Word练习)-【赢在微点·顶层设计】2027年高中物理高考一轮总复习

微练16　实验6:探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系 1.如图所示，是用来研究向心力与转动物体的半径、质量以及角速度之间关系的向心力演示器。 (1)这个实验所用的主要研究方法是　　　　(填选项字母)。  A.控制变量法 B.等效代替法 C.理想实验法 D.假设法 (2)图中两个相同的钢球位置距各自转轴的距离相等，由此可推测出是在研究向心力的大小F与　　　　的关系(填选项字母)。  A.质量m　　B.角速度ω　　C.半径r 2.(2025·红河模拟)图甲是某同学探究圆周运动向心力Fn与物体质量m、轨道半径r及线速度v关系的实验装置。圆柱体在光滑水平圆盘上做匀速圆周运动，力传感器测量向心力Fn，速度传感器测量圆柱体的线速度v。该同学现保持圆柱体质量和运动半径不变，探究向心力Fn与线速度v的关系。 (1)该实验采用的实验方法为　　　　(填选项字母)。  A.等效替代法 B.控制变量法 C.微量放大法 D.比值定义法 (2)该同学用图像法处理数据，画出一条过坐标原点的直线，如图乙所示。则图像的横坐标x表示的物理量为　　　　(填“v”“v2”或“v3”);该图线的斜率为　　　　(用题中字母表示)。  3.(2025·上饶模拟)某同学用如图甲所示装置探究向心力与角速度和运动半径的关系。装置中竖直转轴固定在电动机的转轴上(未画出)，光滑的水平直杆固定在竖直转轴上，能随竖直转轴一起转动。水平直杆的左端套上滑块P，用细线将滑块P与固定在竖直转轴上的力传感器连接，细线处于水平伸直状态，当滑块随水平直杆一起匀速转动时，细线拉力的大小可以通过力传感器测得。水平直杆的右端最边缘安装了宽度为d的挡光条，挡光条到竖直转轴的距离为D，光电门可以测出挡光条经过光电门所用的时间(挡光时间)。滑块P与竖直转轴间的距离可调。 (1)若某次实验中测得挡光条的挡光时间为t0，则电动机的角速度为　　　　(用题中字母表示)。  (2)若保持滑块P到竖直转轴中心的距离为L不变，仅多次改变竖直转轴转动的快慢，测得多组力传感器的示数F和挡光时间Δt。画出F-图像，如图乙所示。实验中，测得图线的斜率为k，则滑块的质量为　　　　(用题中字母表示)。  (3)若保持竖直转轴转速不变，调节滑块P到竖直转轴中心的距离r，测得多组力F和r的数据，以F为纵轴，以　　　　(填“r”“”或“”)为横轴，将所测量的数据描绘在坐标系中，可以更直观地反映向心力大小与圆周运动半径r之间的关系。现测得挡光条的挡光时间为t1，则图线的斜率应为　　　　。  4.利用甲图装置可以测量圆盘加速转动时的角速度ω以及角加速度β。物理学上把角速度的变化Δω与发生这一变化所用时间Δt的比值定义为角加速度β。有一定厚度的圆盘可以绕通过中心垂直于盘面的水平轴转动。圆盘加速转动时，纸带随圆盘运动通过打点计时器打上一系列点。用50分度的游标卡尺测得圆盘的直径如图乙，用此装置打出的一条纸带如图丙(打点计时器所接交流电的频率为50 Hz，A、B、C、D…为计数点，相邻两计数点间有四个点未画出)。 甲 乙 丙 (1)据图乙读出圆盘的直径为　　　　mm。  (2)据图丙计算，打D点时圆盘转动的角速度为　　　　rad/s(保留3位有效数字)。  (3)据图丙可知，圆盘转动的角加速度大小为　　　　rad/s2(保留3位有效数字)。  5.(2025·昭通模拟)某同学用如图所示装置做“探究向心力与速度的关系”的实验。半径均为R的半圆轨道AB和四分之一圆弧轨道CD固定在竖直面内，过CD部分最高点D的切线水平，A、C、B在同一水平面上，在D点固定一个力传感器，D点在地面的投影为O，从A点正上方P点处由静止释放一个质量为m的小球，小球沿轨道运动到D点并从D点水平抛出，落地点在Q点(图中未标出)。 (1)对实验的要求，下列说法正确的是　　　　(填选项字母)。  A.P点位置比D点高即可 B.圆弧轨道越光滑越好 C.应选用密度大、体积小的小球 D.为了使力传感器的示数大些，应选用质量小些的球 (2)若一次实验记录力传感器的示数为F，则小球经过D点时向心力的大小为Fn=　　　　;若小球落地点Q到O点的距离为x，则小球经过D点的速度大小为v=　　　　。  (3)改变P点位置进行多次实验，测得多组F、x，作F-x2图像，如果图像是一条倾斜的直线，图像与纵轴的截距为　　　　，图像的斜率为　　　　，则向心力与速度平方成正比。  答案 微练16　实验6:探究向心力大小 与半径、角速度、质量的关系 1.答案　(1)A　(2)B 解析　(1)在研究向心力的大小F与质量m、角速度ω和半径r之间的关系时,需先控制某些量不变,研究另外两个物理量的关系,该方法为控制变量法,A项正确。 (2)图中两球的质量相同,转动的半径相同,则研究的是向心力与角速度的关系,B项正确。 2.答案　(1)B　(2)v2　 解析　(1)保持圆柱体质量和运动半径不变,探究向心力Fn与线速度v的关系,可知,实验采用了控制变量法,B项正确。 (2)根据向心力Fn与线速度v的关系有Fn=m可知,图像的横坐标x表示的物理量为v2;结合上述可知,该图线的斜率为k=。 3.答案　(1)　(2)　(3)r　 解析　(1)若某次实验中测得挡光条的挡光时间为t0,则v==ωD,解得电动机的角速度为ω=。 (2)根据F=mω2L,ω=,解得F=·,由题可知k=,解得m=。 (3)根据F=mω2r,为了更直观地反映向心力大小与圆周运动半径r之间的关系,可作F-r图像,即以F为纵轴,以r为横轴;因ω=,直线的斜率为k'=mω2=。 4.答案　(1)50.94　(2)16.1　(3)23.6 解析　(1)游标卡尺为50分度,精确度为0.02 mm,读数等于主尺读数与游标尺读数之和,所以圆盘的直径为d=50 mm+47×0.02 mm=50.94 mm。 (2)相邻两计数点间的时间间隔为T==0.1 s,由题图丙可知,相邻两个T时间内,纸带的位移之差恒为0.6 cm,所以纸带做匀加速直线运动,打D点时纸带的瞬时速度等于C、E两点之间的平均速度,为vD== m/s=0.41 m/s,圆盘的半径为r==25.47 mm,打D点时圆盘转动的角速度为ωD=≈16.1 rad/s。 (3)纸带的加速度大小等于圆盘边缘的切向加速度大小,为a==0.6 m/s2,结合角加速度的定义以及角速度和线速度之间的关系可得β==·=≈23.6 rad/s2。 5.答案　(1)C　(2)F+mg　 (3)-mg　 解析　(1)根据题意,若小球恰好通过D点,由牛顿第二定律有mg=,可得vD=,由能量守恒定律可知,若P点位置比D点略高些,则小球到不了D点,A项错误;圆弧轨道是否光滑对实验没有影响,B项错误;选用密度大、体积小的小球,可以减小速度测量的误差,C项正确;同样的实验过程,质量小些的球通过D点时,对力传感器压力会小些,D项错误。 (2)根据题意可知,在D点,小球受到的合力提供向心力,则有Fn=F+mg。根据题意可知,小球离开D点做平抛运动,竖直方向上有2R=gt2,水平方向上有x=vt,联立解得v==。 (3)在D点,根据牛顿第二定律有F+mg=m,联立整理可得F=x2-mg,则当图像与纵轴的截距为-mg,斜率为时,向心力与速度平方成正比。 学科网（北京）股份有限公司 $$