第4章 实验6 探究向心力的大小与半径、角速度、质量的关系(练习Word版)-【创新教程】2027年高考物理总复习大一轮课时作业

**基本信息** 聚焦向心力实验探究，以控制变量法为核心，系统整合实验设计、概念辨析与数据处理，构建“方法-概念-应用”逻辑链，培养科学思维与探究能力。 **专项设计** |模块|题量/典例|方法提炼|知识逻辑| |----|-----------|----------|----------| |实验方法探究|第1题|控制变量法（控制m、ω/r探究F与r关系）|从向心力公式出发，通过控制变量法设计实验，明确塔轮半径与挡板位置选择逻辑| |概念辨析应用|第2题|匀速圆周运动特征分析（速度方向变化、向心力矢量性）|结合转碟实例，深化运动和相互作用观念，辨析速度、加速度、向心力的矢量性质| |实验数据处理|第3题|图像法（F-ω²图像斜率求质量）|基于F=mrω²，通过图像斜率计算物理量，体现科学推理与数据处理的结合|

课时冲关24　实验六　探究向心力的大小与半径、角速度、质量的关系 学生用书　P373 1．某同学用如图甲所示的向心力演示器探究向心力的大小F与质量m、角速度和半径r的关系．图乙是演示器部分结构示意图，A、B、C为三根固定在转臂上的挡板，A、C挡板到相应转轴距离相等，塔轮①②③④⑤⑥的半径分别为3L、4L、5L、3L、2L、L. 甲 乙 (1)本实验采用了__________． A．理想实验法　　 B．等效替代法 C．控制变量法 (2)当探究向心力的大小F与半径r的关系时，需要把质量相同的小球分别放在挡板________(选填“A、B”或“B、C”)，与传动皮带相连的塔轮应选用__________(选填“①④”“②⑤”或“③⑥”)． 解析：(1)研究向心力的大小Fn与质量m的关系时，必须保证角速度ω和半径r是相同的；研究向心力的大小Fn与角速度ω的关系时，必须保证角速度ω和半径r是相同的；同样在研究向心力的大小Fn与半径r的关系时，必须保证角速度ω和质量m是相同的，所以在研究向心力的大小Fn与质量m、角速度ω和半径r之间的关系时主要用到了物理学中的控制变量法．故选C. (2)①当探究向心力的大小F与半径r的关系时，需要控制两小球做圆周运动的半径是不同的，故应选择到转轴距离不同的B、C两处； ②两个变速塔轮靠皮带传动，即皮带套在的塔轮上线速度相同，需要控制角速度相同，则两塔轮的半径相同，故应将皮带套在①④塔轮上． 答案：(1)C　(2)B、C　①④ 2. “转碟”是传统的杂技项目，如图所示，质量为m的物体放在半径为r的碟子边缘，物体随碟子一起在水平面内绕A点做角速度为ω0的匀速圆周运动．已知物体与碟子间的动摩擦因数为μ，重力加速度为g。则物体________． A．做匀变速曲线运动 B．速度不断变化 C．线速度大小为ωr D．向心力不变 解析：根据题意，物块做匀速圆周运动，合外力提供向心力，大小不变，方向变化，故向心力在变，加速度在变，故A、D错误；物块的速度方向始终沿着轨迹的切线方向，即速度方向在不断变化，大小不变，故B正确；根据线速度公式可得物块线速度大小v＝rω0，故C错误． 答案：B 3．为探究“向心力大小与质量、角速度、半径的关系”，某同学设计了如图1所示的实验装置，竖直转轴固定在电动机上(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，在水平直杆的左端套上一带孔滑块P，用轻杆将滑块P与固定在转轴上的力传感器连接，当转轴转动时，直杆随转轴一起转动，力传感器可以记录轻杆上的力，在直杆的另一端安装宽度为d的遮光条，在遮光条经过的位置安装一光电门，光电门可以记录遮光条经过光电门的挡光时间． 图1 图2 (1)改变电动机的转速，多次测量，得出五组轻杆上作用力F与对应角速度的数据如表格所示： ω/(rad·s－1) 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 F/N 0.40 0.90 1.60 2.50 3.60 请在图2所给的坐标纸中标出未标注的坐标点，并画出Fω2图像． (2)根据图像分析，当滑块的质量m、转动半径r＝0.4 m一定时，轻杆上的作用力F随角速度ω的增大而______(填“增大”“不变”或“减小”)，结合所作图像可知m＝______kg. 解析：(1)根据所给数据描绘图像Fω2如图所示 (2)根据图像可知，随角速度的增大，轻杆作用力增大； 轻杆对滑块的作用力为滑块做圆周运动提供向心力，根据F＝mrω2，图线的斜率k＝mr＝kg·m，解得m＝1 kg. 答案：(1)见解析图　(2)增大　1 学科网（北京）股份有限公司 $