课时测评8 实验：探究向心力大小的表达式-【金版新学案】2025-2026学年高中物理必修第二册同步课堂高效讲义配套练习（人教版）

课时测评8　实验：探究向心力大小的表达式 (时间：30分钟　满分：40分) (本栏目内容，在学生用书中以独立形式分册装订！) (选择题1－3题，每题4分，共12分) 1.下列关于向心力的说法正确的是(　　) A.因向心力总是沿半径指向圆心，且大小不变，故向心力是一个恒力 B.因向心力指向圆心，且与线速度方向垂直，所以它不能改变线速度的大小 C.向心力等于物体所受的合力 D.向心力的方向总是不变的 答案：B 解析：做匀速圆周运动的物体所受的向心力大小恒定，方向总是指向圆心，是一个变力，故A、D错误；向心力只改变线速度的方向，不改变线速度的大小，故B正确；只有做匀速圆周运动的物体其向心力等于物体所受合力，故C错误。故选B。 2.如图所示，把一个小球放在玻璃漏斗中，晃动漏斗，可以使小球沿光滑的漏斗壁在某一水平面内做匀速圆周运动，此时小球所受到的力有(　　) A.重力、支持力 B.重力、支持力、向心力 C.重力、支持力、沿漏斗壁的下滑力 D.重力、支持力、向心力、沿漏斗壁的下滑力 答案：A 解析：小球受到重力和支持力，由于小球在水平面内做匀速圆周运动，所以小球的向心力由重力和支持力的合力提供。故选A。 3.(多选)用如图所示的向心力演示器可以探究向心力Fn和物体质量m、角速度ω以及半径r的关系。实验时，匀速转动手柄使变速塔轮、长槽、短槽和槽内的小球随之匀速转动，小球做匀速圆周运动的向心力由挡板对小球的弹力提供。小球对挡板的反作用力使弹簧测力套筒下降，从而露出标尺，根据标尺上露出的标记，可以粗略计算出两个小球所受向心力的比值。长槽上的挡板B到转轴的距离是挡板A到转轴距离的2倍，长槽上的挡板A和短槽上的挡板C到各自转轴的距离相等。下列说法正确的是(　　) A.本实验采用的科学方法是控制变量法 B.将传动皮带套在两塔轮半径不同的轮盘上，可以改变两个槽内的小球做圆周运动的半径 C.探究向心力Fn和质量m的关系时，需将传动皮带套在两塔轮半径相同的轮盘上，将质量不同的小球分别放在挡板A和挡板C处 D.探究向心力Fn和角速度ω的关系时，需将传动皮带套在两塔轮半径不同的轮盘上，将质量相同的小球分别放在挡板A和挡板C处 答案：ACD 解析：探究向心力Fn和物体质量m、角速度ω以及半径r的关系，需要采用控制变量法，故A正确；将传动皮带套在两塔轮半径不同的轮盘上，可以改变两个槽内的小球做圆周运动的角速度，不能改变两个槽内的小球做圆周运动的半径，故B错误；探究向心力Fn和质量m的关系时，需要控制半径与角速度相同而小球质量不同，需将传动皮带套在两塔轮半径相同的轮盘上，将质量不同的小球分别放在挡板A和挡板C处，故C正确；探究向心力Fn和角速度ω的关系时，需要控制半径与质量相同而角速度不同，需将传动皮带套在两塔轮半径不同的轮盘上，将质量相同的小球分别放在挡板A和挡板C处，故D正确。故选ACD。 4.(8分)如图所示，图甲为“用向心力演示器探究向心力公式”的实验示意图，图乙为俯视图。图中A、B槽分别与C、D轮同轴固定，且C、D轮半径相同。C、D两轮在皮带的带动下匀速转动，皮带不打滑。 (1)两槽转动的角速度ωA　　　　(选填“＞”“＝”或“＜”)ωB。 (2)现有两质量相同的钢球，①球放在A槽的边缘，②球放在B槽的边缘，它们到各自转轴的距离之比为2∶1，通过实验探究得到结论Fn＝mω2r，则钢球①、②的线速度之比为　　　　，向心力之比为　　　　。 答案：(1)＝　(2)2∶1　2∶1 解析：(1)由题可知，两轮C、D转动的角速度相同，而两槽的角速度与两轮角速度相同，所以两槽转动的角速度相等，即ωA＝ωB。 (2)钢球①、②的角速度相同，运动轨道半径之比为2∶1，根据v＝ωr可知，线速度之比为2∶1；根据Fn＝mω2r可知，向心力之比为2∶1。 5.(10分)(2025·四川绵阳高一下期末)用如图甲所示的实验装置来探究小球做圆周运动所需向心力的大小Fn与质量m、角速度ω和半径r之间的关系，塔轮自上而下有三层，每层左右半径之比由上至下分别是1∶1、2∶1和3∶1，如图乙所示。左右塔轮通过不打滑的传动皮带连接，并可通过改变传动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的C处和长槽的A(或B)处，A、C分别到左右塔轮中心的距离相等，B到左塔轮中心的距离是A到左塔轮中心距离的2倍，转动手柄使长槽和短槽分别随变速塔轮一起匀速转动，槽内的球就做匀速圆周运动。请回答相关问题： (1) 在某次实验中，小吴同学把两个质量相等的钢球放在B、C位置，将传动皮带调至第一层塔轮，转动手柄，观察左右标出的刻度，此时可研究向心力的大小与　　　　 (2) 的关系。 A.质量m　　　B.角速度ω　　　C.半径r (2)若传动皮带套在塔轮第三层，则塔轮转动时，A、C两处的角速度之比为　　　　。 (3)通过实验探究得到结论Fn∝mω2r，在另一次实验中，小吴同学把两个质量相等的钢球放在A、C位置。传动皮带位于第二层，转动手柄，则当塔轮匀速转动时，左右两标尺露出的格子数之比为　　　　。 答案：(1)C　(2)1∶3　(3)1∶4 解析：(1)将传动皮带调至第一层塔轮，由于两塔轮半径相等，则两塔轮角速度相等，此时可研究向心力的大小与半径r的关系。 (2)若传动皮带套在塔轮第三层，根据v＝ωR，线速度大小相等，则A、C两处的角速度之比为ω1∶ω2＝1∶3。 (3)传动皮带位于第二层，则两球转动的角速度之比为ωA∶ωC＝1∶2，由于运动半径相等，根据Fn∝mω2r可知向心力大小之比为Fn1∶Fn2＝1∶4，则左右两标尺露出的格子数之比为1∶4。 6.(10分)如图甲是探究做圆周运动的物体所需的向心力大小与角速度大小关系的实验装置图。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Fn，角速度传感器测量圆柱体的角速度大小ω。 (1)某同学为了探究向心力大小Fn与角速度大小ω的关系，需要控制做匀速圆周运动的圆柱体的　　　　和　　　　　　两个物理量保持不变。 (2)改变角速度大小ω，多次测量，该同学测出了五组Fn、ω数据，如表所示： ω/(rad·s－1) 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 Fn/N 0.40 0.90 1.60 2.50 3.60 ①图乙所示坐标纸上已标出3组数据对应的坐标点，请在坐标纸上标出另外2组数据对应的坐标点并画出Fn-ω2图线。 ②若圆柱体运动半径r＝0.50 m，并且也已经探究得出Fn＝mω2r，由作出的Fn-ω2的图线可得圆柱体的质量m＝　　　　 kg(保留2位有效数字)。 答案：(1)质量　运动半径　(2)①见解析图　②0.80 解析：(1)因为向心力大小Fn与质量、半径、角速度有关，故本实验中采用控制变量法，探究向心力大小Fn与角速度大小ω的关系，需要控制做匀速圆周运动的圆柱体的质量和运动半径两个物理量保持不变。 (2)①Fn-ω2图线如图所示。 ②根据探究得出的向心力大小Fn与角速度大小ω的关系式Fn＝mω2r，可得mr＝k，而Fn-ω2图线的斜率为k＝ kg·m，解得m＝0.80 kg。 学科网（北京）股份有限公司 $