2024年辽宁高一物理试题分类汇编：圆周运动基本描述及实验（解析版）

专题02：圆周运动基本描述及实验（解析版）

一、单选题

1.（22-23高一下•辽宁阜新•期中）甲、乙两物体都做匀速圆周运动，转动半径之比为1

：2,在相等时间里甲转过60。角，乙转过45。角，则它们的（）

A.角速度之比为4：3B.2:

C.周期之比为1：1D.周期之比为4:9

【答案】A

【详解】AB.由角速度定义式

A0

a)=——

At

可知角速度之比等于相等时间内的角度之比

atp_60°_4

区一行一§

故A正确，B错误；

CD.由周期公式

f2万

1二--

①

可得

._%_3

G,4

故CD错误。

故选Ao

2.（22-23高一下•辽宁抚顺・期中）晚上，一同学回家的路上，如图所示，一平直的墙

面到他的距离d=6m,该同学将手电筒在竖直面内以0.3rad/s的角速度匀速转动，当手

电筒的光线与墙面的夹角为37。时，墙面上光斑的移动速度大小为（取sin37。=0.6,

cos37°=0.8)()

A.3.75m/sB.4m/sC.5m/sD.8m/s

【答案】c

【详解】设此时墙面上光斑的移动速度大小为V,将光斑的移动速度V分解为沿光斑与

手电筒连线分速度和垂直光斑与手电筒连线分速度，则有

匕=vsin37°

又

匕=如=a)-----

sin37°

联立解得

v=co——9——=0.3x—^r-m/s=5m/s

sin23700.62

故选C。

二、实验题

3.（22-23高一下•辽宁阜新•期中）用向心力演示仪探究向心力的大小和哪些因素有关

时，采用了控制变量法，情况如下:

乙研究向心力与角速度之间的关系丙研究向心力与半径之间的关系

（1）由甲图我们得出结论__________________________________

（2）由乙图我们得出结论__________________________________

（3）由丙图我们得出结论__________________________________

（4）最后得到向心力的公式________________________________

【答案】向心力与质量成正比向心力与角速度的平方成正比向心力与

运动半径成正比F=ma）2r

【详解】（1）[1]甲图铝球与钢球质量不同，运动半径相等，角速度大小相等，故可以研

究出向心力与质量之间的关系，可以得出结论向心力与质量成正比；

（2）[2]乙图两球质量相同，运动半径相等，角速度大小不同，故可以研究出向心力与

角速度之间的关系，可以得出结论向心力与角速度的平方成正比；

（3）[3]丙图两球质量相同，运动半径不同，角速度大小相等，故可以研究出向心力与

运动半径之间的关系，可以得出结论向心力与运动半径成正比；

（4）[4]向心力的公式

F=ma)2r

4.（22-23高一下•辽宁锦州•期中）用图示装置探究向心力大小的表达式。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，当皮带分别套在塔轮2和3的

不同圆盘上时，两个槽内的小球分别以不同的角速度做匀速圆周运动，小球做圆周运动

的向心力由横臂6的挡板对小球的弹力提供，两球所受向心力大小之比可从标尺7上得

知。

（1）下列实验与本实验中采用的实验方法一致的是

A.探究加速度与力和质量的关系B.探究两个互成角度力的合成规律C.探究

平抛运动的特点

（2）实验中，某同学将质量相等的甲、乙两小钢球放在图示位置上且甲球到左塔轮中

心距离等于乙球到右塔轮中心距离，将皮带套在塔轮2、3半径不同的圆盘上，目的是

研究向心力大小与的关系。

A.角速度B.向心加速度C.半径

（3）在（2）条件下，转动手柄1,由标尺7得知甲、乙两球所受向心力之比为16:25,

则皮带连接的左右圆盘半径之比为0

【答案】AA5:4

【详解】（1）[1]探究向心力大小的表达式采用的是控制变量法，探究加速度与力和质量

的关系用的是控制变量法。

故选Ao

（2）[2]根据向心力的公式

F=ma）2r

某同学将质量相等的甲、乙两小钢球放在图示位置上且甲球到左塔轮中心距离等于乙球

到右塔轮中心距离，所以m,r相同，所以该同学实验目的是研究向心力大小与角速度

的关系。

故选Ao

[3]甲、乙两球所受向心力之比为16:25,则

［：耳=o；:W=16:25

又同一皮带线速度相等，则

V=94=

解得皮带连接的左右圆盘半径之比为

4：弓=5:4

5.（22-23高一下•辽宁大连•期中）某探究小组用如图所示的向心力演示器探究向心力

大小的表达式。两个变速塔轮通过皮带连接，转动手柄使长槽和短槽分别随变速塔轮匀

速转动，槽内的钢球就做匀速圆周运动。横臂的挡板对钢球的压力提供向心力，钢球对

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钢球所受向心力的比值。已知小球在挡板A、B、C处做圆

周运动的半径之比为1：2：1,则:

（1）探究向心力与角速度之间的关系时，应选择半径_________（填“相同”或“不同”）

的两个塔轮；同时应将质量相同的小球分别放在处;

A.挡板A与挡板BB.挡板A与挡板CC.挡板B与挡板C

（2）探究向心力与角速度之间的关系时，若图中标尺上红白相间的等分格显示出两个

小球所受向心力的比值为1：4,运用圆周运动知识可以判断与皮带连接的变速塔轮的

半径之比为=

A.1：4B.1：2C.4：1D.2：1

【答案】不同BD

【详解】⑴［口⑵由

f-mat1r

可知探究向心力与角速度之间的关系时，两小球的角速度不相同，两小球的质量相同，

做圆周运动的半径相同；则应选择半径不相同的两个塔轮；同时将质量相同的小球分别

放在挡板A与挡板C处，故选B；

（2）［3］由

f-mat1r

可知探究向心力与角速度之间的关系时，若图中标尺上红白相间的等分格显示出两个小

球所受向心力的比值为1：4,则角速度的比值为1：2,与皮带连接的变速塔轮线速度

相等，由公式

V—cor

可知与皮带连接的变速塔轮的半径之比为2：1,故选D。

6.(22-23高一下•辽宁・期中)探究向心力大小尸与小球质量加、角速度s和半径r之间

关系的实验装置如图所示，转动手柄，可使变速塔轮、长槽和短槽随之匀速转动。皮带

分别套在塔轮的圆盘上，可使两个槽内的小球分别以不同角速度做匀速圆周运动。小球

做圆周运动的向心力由横臂的挡板提供，同时，小球对挡板的弹力使弹簧测力筒下降，

从而露出测力筒内的标尺，标尺上露出的红白相间的等分格数之比即为两个小球所受向

(选填“理想实验法”“等效替代法”或“控制变

量法”)来探究向心力的大小与小球质量加、角速度3和半径r之间的关系;

(2)探究向心力的大小与圆周运动半径的关系时，应选择两个质量____________(选填

“相同”或“不同”)的小球;

(3)探究向心力的大小与圆周运动的角速度的关系，左右两边塔轮的半径____________

(选填“相同”或“不同”)

(4)当用两个质量相等的小球做实验，调整长槽中小球的轨道半径等于短槽中小球的

轨道半径，转动时发现左、右标尺上露出的红白相间的等分格数之比为4：1,则左、

右两边塔轮的半径之比为0

【答案】控制变量法相同不同1：2

【详解】(1)[1]在这个实验中，利用了控制变量法来探究向心力的大小与小球质量小

角速度3和半径r之间的关系；

(2)[2]探究向心力的大小与圆周运动半径的关系时，应选择两个质量相同的小球；

(3)[3]探究向心力的大小与圆周运动的角速度的关系，左右两边塔轮的半径不同，根

据

v=ra>

可知此时角速度不同。

（4）[4]根据

F=marR

由题意可知

可得

①左:①右=2:1

由

v=a）r

可得

々：诒=1：2

左、右两边塔轮的半径之比是1：2。

7.（22-23高一下•辽宁沈阳•期中）探究向心力的大小厂与质量加、角速度。和半径r

之间的关系的向心力演示器如图甲所示，转动手柄，可使塔轮、长槽和短槽随之匀速转

动。如图乙所示是演示器部分原理示意图：两转臂上黑白格的长度相等，/、8、C为三

根固定在转臂上的挡板（长槽的长度为短槽的2倍，挡板/在长槽正中间），可与转臂

上做圆周运动的实验球产生挤压，从而提供向心力。根据图甲中向心力演示器上标尺上

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。已知塔轮①和塔

轮④的半径相等，塔轮②和塔轮⑤的半径之比为3：1,塔轮①和塔轮②的半径之比为

1：2o

（1）在该实验中应用了（填正确答案序号）来探究向心力的大小厂与质量m、

角速度。和半径r之间的关系=

A.理想实验法B.控制变量法C.等效替代法

（2）实验小组的同学进行了一系列实验，想要探究向心力的大小厂与质量,力、角速度。

和半径厂之间的关系，他们的操作如下所示，其中正确的是（填正确答案序

号）。

A.实验小组的明明想要探究R的大小与r间的关系，他将两个相同的小球分别放在挡

板B处和挡板C处，并将皮带套在塔轮②和塔轮④上

B.实验小组的奇奇想要探究厂的大小与。间的关系，他将两个相同的小球分别放在挡

板/处和挡板。处，并将皮带套在塔轮②和塔轮④上

C.实验小组的红红想要探究尸的大小与加间的关系，她将两个质量不同的小球分别放

在挡板A处和挡板C处，并将皮带套在塔轮①和塔轮④上

（3）实验中，婷婷用皮带将半径比为3：1的塔轮②和塔轮⑤相连，将质量为3机和

的两个小球分别放在挡板3和挡板。处，转动手柄，则演示器上左边标尺和右边标尺

显示的向心力之比为o

【答案】BBC/CB2:3

【详解】（1）⑴在该实验中应用了控制变量法，故选B。

（2）[2]A.当探究下的大小与r的关系时，应保持小球质量/和角速度。相同，所以

应将相同的小球分别放在挡板8处和挡板C处，并将皮带套在两边半径相等的变速塔

轮上，故A错误。

B.探究厂的大小与。的关系时，应保持小球质量加和小球做圆周运动的半径r相同，

所以应将相同的小球分别放在挡板/处和挡板C处，并将皮带套在两边半径不同的变

速塔轮上，故B正确。

C.当探究尸的大小与机的关系时，应保持小球做圆周运动的半径r和角速度。相同，

所以应将质量不同的小球分别放在挡板N处和挡板C处，并将皮带套在两边半径相等

的变速塔轮上，故C正确。

故选BC»

（3）[3]根据向心力的计算公式可得

2

F}_3m--2r_6q

F2m-a>l-rat；

V

a）x_rx_々_1

G221rl3

丫2

所以可得演示器上左边标尺和右边标尺显示的向心力之比为

A=2

F23

三、解答题

8.（22-23高一下•辽宁・期中）2022年北京冬奥会短道速滑混合团体2000米接力决赛中,

我国短道速滑队夺得中国队在本届冬奥会的首金。

(1)如果把运动员起跑后进入弯道前的过程看作初速度为零的匀加速直线运动，若运

动员加速到速度v=13m/s时，滑过的距离x=24m,求加速度的大小(结果保留三位有

效数字)；

(2)如果把运动员在弯道滑行的过程看作轨道为半圆的匀速圆周运动，如图所示，若

甲、乙两名运动员同时进入弯道，滑行半径分别为%=10