2024届高考物理一轮复习重难点逐个击破29实验：探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系（原卷版）.docx

专题29 实验：探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系一．实验思路采用控制变量法探究(1)使两物体的质量、转动的半径相同,探究向心力的大小跟转动的角速度的定量关系;(2)使两物体的质量、转动的角速度相同,探究向心力的大小跟转动的半径的定量关系;(3)使两物体转动的半径、转动的角速度相同,探究向心力的大小跟物体质量的定量关系二．实验器材如图，向心力演示器、质量不等的小球．三．实验步骤(1)分别将两个质量相等的小球放在实验仪器的两个小槽中，且小球到转轴(即圆心)距离相同即圆周运动半径相同．将皮带放置在适当位置使两转盘转动，记录不同角速度下的向心力大小(格数)．(2)分别将两个质量相等的小球放在实验仪器的长槽和短槽两个小槽中，将皮带放置在适当位置使两转盘转动角速度相等、小球到转轴(即圆心)距离不同即圆周运动半径不等，记录不同半径的向心力大小(格数)．(3)分别将两个质量不相等的小球放在实验仪器的两个小槽中，且小球到转轴(即圆心)距离相同即圆周运动半径相等，将皮带放置在适当位置使两转盘转动角速度相等，记录不同质量下的向心力大小(格数)．四．数据处理分别作出Fn－ω2、Fn－r、Fn－m的图像，分析向心力大小与角速度、半径、质量之间的关系，并得出结论．五．实验结论1．在质量和半径一定的情况下，向心力的大小与角速度的平方成正比。

2．在质量和角速度一定的情况下，向心力的大小与半径成正比3．在半径和角速度一定的情况下，向心力的大小与质量成正比六．注意事项摇动手柄时应力求缓慢加速，注意观察其中一个标尺的格数．达到预定格数时，即保持转速恒定，观察并记录其余读数．1.用如图所示的装置可以“探究做匀速圆周运动的物体向心力的大小与哪些因素有关”匀速转动手柄1，可以使变速塔轮2和3以及长槽4和短槽5随之匀速转动，槽内的小球也随着做匀速圆周运动左右塔轮通过皮带连接，可通过改变皮带所处的层来改变左右塔轮的角速度之比，使小球做匀速圆周运动的向心力由横臂6的挡板对小球的压力提供球对挡板的反作用力，通过横臂的杠杆作用使弹簧测力套筒7下降，从而露出标尺8根据标尺8上露出的红白相间等分标记，可以粗略计算出两个球所受向心力的比值1）本实验采用的科学研究方法是______（填字母代号）A．控制变量法　　B．累积法　　C．微元法（2）把两个质量相同的小球分别放在长槽和短槽内，使它们的转动半径相同，将塔轮上的皮带分别置于第一层、第二层和第三层，匀速转动手柄，可以探究______（填字母代号）A．向心力的大小与质量的关系B．向心力的大小与半径的关系C．向心力的大小与角速度的关系 2.用如图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F与质量m、角速度ω和半径r之间的关系，转动手柄使长槽和短槽分别随变速塔轮匀速转动，槽内的球就做匀速圆周运动。

横臂的挡板对球的压力提供了向心力，球对挡板的反作用力通过横臂的杠杆作用使弹簧测力套筒下降，从而露出标尺，标尺上的红白相间的等分格显示出两个小球所受向心力的比值实验用球分为钢球和铝球，请回答相关问题：（1）在某次实验中，某同学把两个质量相等的钢球放在A、C位置，A、C到塔轮中心距离相同，将皮带处于左右塔轮的半径不等的层上转动手柄，观察左右标出的刻度，此时可研究向心力的大小与_______的关系A．质量m       B．角速度ω       C．半径r（2）在（1）的实验中，某同学匀速转动手柄时，左边标尺露出4个格，右边标尺露出1个格，则皮带连接的左、右塔轮半径之比为_______；其他条件不变，若增大手柄转动的速度，则左右两标尺示数的比值_______选填：变大、变小或不变）3．（2022·黑龙江·哈尔滨市第十一中学校高一期中）用如图所示的实验装置研究影响向心力大小的因素长槽上的挡板B到转轴的距离是挡板A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转动手柄使长槽和短槽分别随变速塔轮匀速转动，槽内的球就做匀速圆周运动挡板对球的压力提供了向心力，球对挡板的反作用力通过横臂的杠杆作用使弹簧力筒下降，从而露出标尺，根据标尺上的等分格可以粗略计算出两个球所受向心力的比值。

1）当传动皮带套在两塔轮半径不同的轮盘上，套有皮带的塔轮边缘处的___________大小相等：（填 “线速度”或“角速度”）（2）探究向心力与半径的关系时，应将皮带套在两塔轮半径___________ （ 填“相同”或“不同”）的轮盘上，将质量相同的小球分别放在哪两个处挡板________？A．“A”处和“B”处               B．“A”处和“C”处             C．“B”处和“C”处（3）探究向心力与角速度的关系时，应将皮带套在两塔轮半径___________（填“相同”或“不同”）的轮盘上，将质量相同的小球分别放在哪两处挡板__________？A．“A”处和“B”处                 B．“A”处和“C”处             C．“B”处和“C”处4． 利用如图所示的装置可以探究影响向心力大小的因素将小球放置在横臂的挡板处，转动手柄使长槽和短槽分别随变速塔轮匀速转动，两小球随之做匀速圆周运动横臂的挡板对小球的压力提供了小球做匀速圆周运动的向心力，小球对挡板的反作用力通过横臂的杠杆作用使弹簧测力筒下降，从而露出标尺，可显示两小球所受向心力的大小情况。

已知长槽横臂的挡板A和短槽横臂的挡板C到各自转轴的距离相等若将甲、乙两个相同小球分别置于挡板A和挡板C处，匀速转动手柄，稳定后两小球所需向心力大小之比F1:F2=1:4，则两小球的角速度之比ω1:ω2=______________此时传动皮带所连接的左、右两塔轮半径之比为r1:r2=_______________若两个钢球的质量和半径都相同，则是在研究向心力的大小F与_________（选填下列选项前的字母）的关系；A．钢球质量m                                   B．运动半径R                                C．角速度ω5． 如图为“向心力演示仪”及配套小球图示，图中1、2、3为放置小球的卡槽，卡槽1和3到各自转轴的距离相等；变速盘由左右两部分构成，两侧各有三个半径不等的圆盘实验中左右圆盘可通过皮带连接，转动转子时左右套筒下降，标尺露出的格子数可显示小球转动过程中向心力大小结合图示，完成下列问题：（1）若要演示“r和ω一定时，向心力与m成正比”，可将钢球置于图中卡槽3处，将________（选填“钢”或“铝”）球置于卡槽________处，且左右两侧转盘半径满足r左________r右（选填“>”或“=”或“<”）；（2）若选用两个钢球分别置于卡槽3和2处，则此时可进行演示的是“m和________一定时，向心力与________成正比”（选填“r”或“ω2”）。

6．（2022·福建漳州·高一期末）用向心力演示器探究小球做圆周运动所需向心力F的大小与质量m、角速度ω、轨道半径r之间的关系，装置如图所示，长槽上的挡板B到转轴的距离是挡板A的2倍，挡板A和短槽上的挡板C到各自转轴的距离相等转动手柄使塔轮、长槽和短槽匀速转动槽内的小球就做匀速圆周运动挡板对球的压力提供了向心力，球挤压挡板的力使挡板另一端压缩测力套筒的弹簧，从而露出标尺，该读数即显示了向心力的大小1）该实验主要用到的物理方法是___________（填正确答案标号）；A．等效替代法        B．控制变量法    C．理相实验法      D．放大法（2）当传动皮带套在半径不同的两塔轮轮盘上，转动手柄，两塔轮的角速度___________（填“相等”或“不相等”）3）下列操作正确的是___________（填正确答案标号）A．探究F的大小与r间的关系时，应将相同的小球分别放在挡板A处和挡板B处，并将皮带套在两边半径相等的变速塔轮上B．探究F的大小与r间的关系时，应将相同的小球分别放在挡板B处和挡板C处，并将皮带套在两边半径相等的变速塔轮上C．探究F的大小与ω间的关系时，应将相同的小球分别放在挡板A处和挡板C处，并将皮带套在两边半径不同的变速塔轮上D．探究F的大小与ω间的关系时，应将相同的小球分别放在挡板B处和挡板C处，并将皮带套在两边半径不同的变速塔轮上7．（2023·全国·高三专题练习）探究向心力大小F与物体的质量m、角速度ω和轨道半径r的关系实验。

1）本实验所采用的实验探究方法与下列哪个实验是相同的__________；A．探究平抛运动的特点B．探究两个互成角度的力的合成规律C．探究加速度与物体受力、物体质量的关系（2）一组同学用向心力演示器进行实验，实验情境如图甲、乙、丙所示三个情境图中，探究向心力大小F与质量m关系的是图__________（选填“甲”、“乙”、“丙”）3）另一组同学用如下图所示实验装置进行探究，圆柱体放置在水平圆盘上做匀速圆周运动，圆柱体与圆盘之间的摩擦可忽略不计力传感器测量向心力大小F，角速度传感器测量角速度大小ω，该组同学通过保持圆柱体质量和运动半径不变，来探究F与ω的关系该组同学让圆柱体做半径为r的匀速圆周运动，得到如图1所示图像，对图线的数据进行处理，获得了如图2所示的图像，该图像是一条过原点的直线，则图像横坐标x代表的是__________，如果直线的斜率为k，则可以得到圆柱体的质量为__________ 8．（2023·浙江·模拟预测）探究向心力大小F与物体的质量m、角速度ω和轨道半径r的关系实验1）本实验所采用的实验探究方法与下列哪些实验是相同的__________；A．探究平抛运动的特点B．探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系C．探究两个互成角度的力的合成规律D．探究加速度与物体受力、物体质量的关系（2）某同学用向心力演示器进行实验，实验情景如甲、乙、丙三图所示a.三个情境中，图______是探究向心力大小F与质量m关系（选填“甲”、“乙”、“丙”）。

b.在甲情境中，若两钢球所受向心力的比值为1∶9，则实验中选取两个变速塔轮的半径之比为_________3）某物理兴趣小组利用传感器进行探究，实验装置原理如图所示装置中水平光滑直槽能随竖直转轴一起转动，将滑块套在水平直槽上，用细线将滑块与固定的力传感器连接当滑块随水平光滑直槽一起匀速转动时，细线的拉力提供滑块做圆周运动需要的向心力拉力的大小可以通过力传感器测得，滑块转动的角速度可以通过角速度传感器测得小组同学先让一个滑块做半径r为0.14m的圆周运动，得到图甲中①图线然后保持滑块质量不变，再将运动的半径r分别调整为0.12m、0.10m、0.08m、0.06m，在同一坐标系中又分别得到图甲中②、③、④、⑤四条图线a.对①图线的数据进行处理，获得了F-x-图像，如图乙所示，该图像是一条过原点的直线，则图像横坐标x代表的是________b.对5条F-ω图线进行比较分析，得出ω一定时，F∝r的结论请你简要说明得到结论的方法_______ 9．（2022·全国·高三课时练习）如图甲所示，某实验小组探究影响向心力大小的因素用细绳系一纸杯（杯中有30 mL的水），将手举过头顶，使纸杯在水平面内做圆周运动。

1）下列说法中正确的是________A．保持质量、绳长不变，增大转速，绳对手的拉力将不变B．保持质量、绳长不变，增大转速，绳对手的拉力将增大C．保持质量、角速度不变，增大绳长，绳对手的拉力将不变D．保持质量、角速度不变，增大绳长，绳。