高三物理实验复习—探究向心力大小和半径、角速度、质量的关系习题选编

1、实验：探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系习题选编v21、某班同学在学习了向心力的公式Fm和Fm2r后，分学习小组进行实验探究向心力。同学们用r细绳系一纸杯(杯中有30mL的水)在空中甩动，使纸杯在水平面内做圆周运动(如图乙所示)，来感受向心力。2、根据公式Fm和Fmr2，某同学设计了一个实验来感受向心力。如图甲所示，用一根细绳r(1)下列说法中正确的是_。A保持质量、绳长不变，增大转速，绳对手的拉力不变B保持质量、绳长不变，增大转速，绳对手的拉力增大C保持质量、角速度不变，增大绳长，绳对手的拉力不变D保持质量、角速度不变，增大绳长，绳对手的拉力增大(2)如图甲所示，绳离杯心40cm处打一

2、结点A,80cm处打一结点B，学习小组中一位同学用手表计时，另一位同学操作，其余同学记录实验数据。操作一：手握绳结A，使杯在水平方向每秒运动一周，体会向心力的大小。操作二：手握绳结B，使杯在水平方向每秒运动一周，体会向心力的大小。操作三：手握绳结A，使杯在水平方向每秒运动两周，体会向心力的大小。操作四：手握绳结A，再向杯中添30mL的水，使杯在水平方向每秒运动一周，体会向心力的大小。操作二与一相比较：质量、角速度相同，向心力的大小与转动半径大小有关；操作三与一相比较：质量、半径相同，向心力的大小与角速度的大小有关；操作四与一相比较：_相同，向心力大小与_有关；物理学中这种实验方法叫_法。小组总

3、结阶段，在空中甩动纸杯的同学谈感受时说：“感觉手腕发酸，感觉力不是指向圆心的向心力而是背离圆心的离心力，跟书上说的不一样”，你认为该同学的说法正确吗？答：_。【答案】)BD角速度、半径质量大小控制变量不正确，见解析v2向向（可视为轻绳）一端拴一个小物体，绳上离小物体40cm处标为点A，80cm处标为点B。将此装置放在光滑水平桌面上（如图乙所示）抡动细绳，使小物体做匀速圆周运动，请另一位同学帮助用秒表计时。操作一：手握A点，使小物体在光滑水平桌面上每秒运动一周，体会此时绳子拉力的大小F1。操作二：手握B点，使小物体在光滑水平桌面上每秒运动一周，体会此时绳子拉力的大小F2。操作三：手握B点，使小物

4、体在光滑水平桌面上每秒运动两周，体会此时绳子拉力的大小F3。（1）小物体做匀速圆周运动的向心力由_提供；（2）操作二与操作一相比，是为了控制小物体运动的_相同；（3）如果在上述操作中突然松手，小物体将做_。【答案】绳子拉力周期（或角速度、转速）匀速直线运动3、如图，用一根结实的细绳拴住一个小物体，在足够大的，光滑水平桌面上抡动细绳，使小物体做匀速圆周运动，则：当你抡动细绳，使小物体做匀速圆周运动时，作用在小物体的拉力_。A沿绳指向圆心B沿绳背向圆心C垂直于绳与运动方向相同D垂直于绳于运动方向相反松手后，物体做_。A半径更大的圆周运动B半径更小的圆周运动C平抛运动D直线运动若小物体做圆周运动的半

5、径为0.4m质量为0.3kg，每秒匀速转过5转，则细绳的拉力为_N（结果用舍有“”的式子表示）【答案】AD1224、某物理兴趣小组猜想向心力大小与小球质量、半径及角速度有关。现做如下实验，用细线穿过光滑笔杆中，一端拴住小球，另一端用一只手牵住，另一只手抓住笔杆并用力转动，使小球做圆周运动，可近似认为细线拉力提供了小球所器的向心力，实验过程如下：（1）在保证小球质量和角速度不变的条件下，通过改变小球做圆周运动的_，感受向心力的大小；（2）换用不同质量的小球，在保证_和半径不变的条件下，感受向心力的大小；（3）在小球质量为m和运动半径为R不变的条件下，小球做圆周运动所在平面距水平地面的高度为H，当

6、角速度增加到某值时，细线突然断掉，小球做平抛运动，测得小球落地点到转轴的水平距离为x，当地重力加速度为g，则细线恰好断裂时，小球的速度大小是_，细线所能承受的最大拉力是_（用题中字母符号表示）。【答案】半径角速度gx2R22Hmgx2R22HR5、如图是向心力演示仪的示意图，转动手柄1，可使变速塔轮2和3以及长槽4和短槽5随之匀速转动，槽内的小球就做匀速圆周运动。小球做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使弹簧测力套筒7下降，从而露出标尺8，标尺8上露出的红白相间等分格子的多少可以显示出两个球所受向心力的大小。皮带分别套在塔轮2和3上的不同圆盘上，可

7、改变两个塔轮的转速比，以探究物体做圆周运动向心力大小的影响因素。现将小球A和B分别放在两边的槽内，如图所示。要探究向心力与角速度的关系，应保证两球的质量和运动半径相同，使两球的角速度_（选填“相同”或“不同”）。皮带套的两个塔轮的半径分别为RA、RB。某次实验让RA2RB，则A、B两球的角速度之比为_。【答案】不同1:26、某同学利用如图所示的向心力演示器定量探究匀速圆周运动所需向心力F跟小球质量m、转速n和运动半径r之间的关系。(1)为了单独探究向心力跟小球质量的关系，必须用_法；(2)转动手柄可以使长槽和短槽分别随变速塔轮匀速转动，槽内的球随之做匀速圆周运动。这时我们可以看到弹簧测力筒上露

8、出标尺，通过标尺上红白相间等分格数，即可求得两个球所受的_；(3)该同学通过实验得到如下表的数据：次数1234球的质量m/g14.028.014.014.0转动半径r/cm15.0015.0015.0030.00转速/每秒几圈n/rs-11121向心力大小F/红格数2484根据以上数据，可归纳概括出向心力F跟小球质量m、转速n和运动半径r之间的关系是：_（文字表述）；(4)实验中遇到的问题有：_（写出一点即可）。【答案】控制变量向心力大小之比（或向心力之比）向心力F跟小球质量m成正比，跟转速n的平方成正比，跟运动半径r成正比（或向心力F跟小球质量m、转速n的平方、运动半径r的乘积成正比）难以保

9、证小球做匀速圆周运动，转速难按比例调节和露出格子数（或力的读数）不稳定，难定量化7、在探究向心力的大小与质量、角速度和半径之间关系的实验中，如图所示，是研究哪两个物理量之间的关系_A研究向心力与质量之间的关系B研究向心力与角速度之间的关C研究向心力与半径之间的关系D研究向心力与线速度之间的关系【答案】A8、如图所示，图甲为“向心力演示器验证向心力公式”的实验示意图，图乙为俯视图图中A、B槽分别与a、b轮同轴固定，且a、b轮半径相同当a、b两轮在皮带的传动下匀速转动（1）两槽转动的角速度A_B（选填“”“”或“”）（2）现有两质量相同的钢球，球放在A槽的边缘，球放在B槽的边缘，它们到各自转轴的距

10、离之比为2:1则钢球、的线速度之比为_；受到的向心力之比为_【答案】=;2:1;2:1;9、如图所示，图甲为“向心力演示器验证向心力公式”的实验示意图，图乙为俯视图。图中A、B槽分别与a、b轮同轴固定，且a、b轮半径相同。当a、b两轮在皮带的带动下匀速转动，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。（1）钢球1、2转动的角速度之比_。（2）钢球1、2受到的向心力之比为_。【答案】1:12:110、向心力演示器如下图所示。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.使小球做匀速圆周运动的向心力

11、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。已知测力套筒的弹簧相同，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。若将变速塔轮2、3上的皮带共同往下移动一级，则长槽和短槽的角速度之比会_（填“变大”、“不变”、“变小”或者“无法确定”）；如图所示，放在长短槽内的三个小球的质量相等，皮带所在左右塔轮的半径也相等，则在加速转动过程中，左右标尺漏出的红白等分标记会_（填“变长”、“不变”、“变短”或者“不确定”），两边红白等分标记之比会_（填“变大”、“不变”、“变小”或者“无法确定”），在匀速转动的过程中，

12、左右标尺红白标记之比为_。【答案】变小变长不变3:111、一实验小组利用数字实验系统探究圆周运动中向心力与角速度、半径的关系他们让一砝码做半径r=0.08m的圆周运动，通过数字实验系统测得到若干组向心力F和对应的角速度，做出F的关系图象如图甲所示（1）通过分析图象，猜测F与2可能成正比为进一步证实猜测，可做_关系图象来验证（2）将砝码做圆周运动的半径r分别调整为0.04m、0.12m，在一个坐标系中又得到两条F图象，如图乙所示做一条平行于纵轴的辅助线，观察_和_的比值，得到力F和半径r成正比的结论【答案】（1）F2（2）力；半径12、在“用圆锥摆验证向心力的表达式”实验中,如图甲所示,细绳的悬

13、点刚好与一竖直放置的刻度尺零刻度线对齐.将画着几个同心圆的白纸置于水平桌面上,使钢球静止时刚好位于圆心.用手带动钢球,调整白纸的位置,设法使球刚好沿纸上某个半径为r的圆做圆周运动,钢球的质量为m,重力加速度为g。(1).用秒表记录运动n圈的总时间为t,那么小球做圆周运动需要的向心力表达式为Fn=_.(2).通过刻度尺测得小球运动轨道平面距悬点的高度为h,那么小球做圆周运动中外力提供的向心力表达式为F=_;【答案】mrmg(3).改变小球做圆周运动的半径,多次实验,得到如图乙所示的向心力表达式的目的,该图线的斜率表达式为k=_.r4242n2hgt2t2n2h关系图象为一直线时,可以达到粗略验证

14、13、某同学做验证向心力与线速度关系的实验。装置如图所示，一轻质细线上端固定在拉力传感器上，下端悬挂一小钢球。钢球静止时刚好位于光电门中央。主要实验步骤如下：R用游标卡尺测出钢球直径d；将钢球悬挂静止不动，此时力传感器示数为F1，用米尺量出线长L；将钢球拉到适当的高度处释放，光电门计时器测出钢球的遮光时间为t，力传感器示数的最大值为F2；已知当地的重力加速度大小为g，请用上述测得的物理量表示：v2（1）钢球经过光电门时的线速度表达式v_，向心力表达式Fm_。向（2）钢球经过光电门时的所受合力的表达式F合_。dFFgt2L【答案】dtFd2122114、某物理小组的同学设计了一个测量玩具小车通过

15、凹形桥最低点时速度的实验。所用器材有：玩具小车m、压力式托盘秤、凹形桥模拟器m（圆弧部分的半径为R=0.20m）。车桥完成下列填空：(1)将凹形桥模拟器静置于托盘秤上，如图（a）所示，托盘秤的示数m为1.00kg；桥(2)将玩具小车静置于凹形桥模拟器最低点时，托盘秤的示数如图（b）所示，该示数m+m为_kg；桥车(3)将小车从凹形桥模拟器某一位置释放，小车经过最低点后滑向另一侧，此过程中托盘秤的最大示数为m；多次从同一位置释放小车，记录各次的m值如下表所示：序号m（kg）11.8521.7531.8541.8051.75(4)根据以上数据，可求出小车m经过凹形桥最低点时对桥的压力为_N；小车通过最低点时的速度车大小为_m/s。（重力加速度大小取10m/s2，计算结果保留2位有效数字）【答案】1.40kg8.0N1.4m/s15、装有拉力传感器的轻绳，一端固定在光滑水平转轴O，另一端系一小球，空气阻力可以忽略设法使小球在竖直平面内做圆周运动(如图甲)，通过拉力传感器读出小球在最高点时绳上的拉力大小是F1，在