高中物理人教版 (2019)必修 第二册2 向心力优秀随堂练习题

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6.2.1实验：探究向心力大小的表达式课后练习1．关于向心力的说法正确的是（　　）A．物体由于做圆周运动而产生了向心力B．向心力不改变圆周运动中物体线速度的大小C．对做匀速圆周运动的物体进行受力分析时，一定不要漏掉向心力D．做匀速圆周运动的物体其向心力是不变的2．下列关于向心力的叙述中，不正确的是（　　）A．向心力的方向始终沿着半径指向圆心，所以是一个变力B．做匀速圆周运动的物体，除了受到别的物体对它的作用力外，还一定受到一个向心力的作用C．向心力可以是重力、弹力、摩擦力中的某个力，也可以是这些力中某几个力的合力，或者是某一个力的分力D．向心力只改变物体线速度的方向，不改变物体线速度的大小3．在“用圆锥摆验证向心力的表达式”实验中，如图甲所示，细绳的悬点刚好与一个竖直的刻度尺的零刻度线平齐．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，设法使它刚好沿纸上某个半径为r的圆周运动，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时需要的向心力表达式为Fn=_____；(2)通过刻度尺测得小球运动的轨道平面距悬点的高度为h，那么小球做圆周运动时外力提供的向心力表达式为；(3)改变小球做圆周运动的半径，多次实验，得到如图乙所示的关系图像，可以达到粗略验证向心力表达式的目的，该图线的斜率表达式k=________。（用前面已知的相关字母表示）4．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______．（选填“＞”“＝”或“＜”＝）．（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．则钢球①、②的线速度之比为______；受到的向心力之比为______．5．用如图所示的装置可以探究做匀速圆周运动的物体需要的向心力的大小与哪些因素有关。（1）本实验采用的科学方法是___________。A．控制变量法            B．累积法C．微元法                D．放大法（2）图示情景正在探究的是___________。A．向心力的大小与半径的关系B．向心力的大小与线速度大小的关系C．向心力的大小与角速度的关系D．向心力的大小与物体质量的关系（3）通过本实验可以得到的结论是___________。A．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B．在质量和半径一定的情况下，向心力的大小与线速度的大小成正比C．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D．在质量和角速度一定的情况下，向心力的大小与半径成反比6．如图所示是一种简易的圆周运动向心力演示仪，图中 A、B 为两个穿在水平滑杆上并通过棉线与转轴相连的重锤。试结合下列演示现象，分析影响向心力的因素。(1)使线长LA＝LB，质量mA＞mB，加速转动横杆；现象：连接 A的棉线先断；表明：在半径和角速度一定的条件下，圆周运动所需向心力随________的增大而增大；(2)使质量 mA＝mB，线长LA＞LB，加速转动横杆；现象：连接 A的棉线先断；表明：在物体质量和角速度一定的条件下，圆周运动所需向心力随________的增大而增大；(3)对任一次断线过程进行考察；现象：并不是横杆一开始转动就断线，而是加速了一段时间之后线才断的；表明：在物体质量和半径一定的条件下，圆周运动所需向心力随__________的增大而增大。7．如图甲所示是一个研究向心力大小与哪些因素有关的DIS实验装置的示意图，其中做匀速圆周运动的圆柱体的质量为m，放置在未画出的水平圆盘上，圆周轨道的半径为r，力电传感器测定的是向心力，光电传感器测定的是圆柱体的线速度大小，表格中是所得数据，图乙为F-v图像、F-v2图像、F-v3图像。
 v/（m·s-1）11.522.53F/N0.8823.55.57.9(1)数据表格和图乙中的三个图像是在用实验探究向心力F和圆柱体线速度大小v的关系时，保持圆柱体质量不变、半径r=0.1m的条件下得到的。研究图像后，可得出向心力F和圆柱体线速度大小v的关系式___________ 。(2)为了研究F与r成反比的关系，实验时除了保持圆柱体质量不变外，还应保持___________不变。(3)若已知向心力公式为F=，根据上面的图线可以推算出，本实验中圆柱体的质量为___________。8．卫星绕地球做匀速圆周运动时处于完全失重状态，物体对支持面几乎没有压力，所以在这种环境中已无法用天平称量物体的质量．假设某同学在这种环境设计了如图所示的装置（图中O为光滑小孔）来间接测量物体的质量：给待测物体一个初速度，使它在桌面上做匀速圆周运动．设航天器中还有刻度尺、秒表等基本测量工具． (1)物体与桌面间的摩擦力可以忽略不计，原因是______________．(2)在物体运动周期T已知的情况下，实验还需要测量的物理量是________．(3)待测质量的表达式为m=________.                         参考答案1．B【详解】A．向心力是物体做圆周运动的原因，物体由于有向心力才做圆周运动，故A错误；BD．因向心力始终垂直于线速度方向，所以它不改变线速度的大小，只改变线速度的方向，当合外力完全提供向心力时，物体就做匀速圆周运动，该合力大小不变，方向时刻改变，即向心力是变力，故B正确，D错误；C．向心力是根据力的作用效果命名的，它可能是某种性质的力，也可能是某个力的分力或几个力的合力，受力分析时不能加入向心力，故C错误。故选B。2．B【详解】A．向心力的方向始终沿着半径指向圆心，所以是一个变力，选项A正确，不符合题意；B．向心力是效果力，不是物体额外受到的力，做匀速圆周运动的物体的向心力是物体所受力的合力，选项B错误，符合题意；C．向心力可以是重力、弹力、摩擦力中的某个力，也可以是这些力中某几个力的合力，或者是某一个力的分力，选项C正确，不符合题意；D．向心力只改变物体线速度的方向，不改变物体线速度的大小，选项D正确，不符合题意。故选B。3． ；    【详解】（1）根据向心力公式线速度为周期为联立解得（2）小球受力如图所示
 向心力为联立以上可得所以斜率表达式为。4．=；2:1；2:1【详解】（1）因两轮ab转动的角速度相同，而两槽的角速度与两轮角速度相同，则两槽转动的角速度相等，即ωA=ωB；（2）钢球①、②的角速度相同，半径之比为2:1，则根据v=ωr可知，线速度之比为2:1；根据可知，受到的向心力之比为2:1．5．A；D ；AC    【详解】（1）在这两个装置中，控制半径，角速度，不变，只改变质量，来研究向心力与质量之间的关系，故采用的控制变量法。故选A。（2）控制半径，角速度不变，只改变质量，来探究的是向心力的大小与物体质量的关系。故选D。（3）A ．由可知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，A正确B．由，在质量和半径一定的情况下，向心力的大小与线速度平方的大小成正比，B错误；C．由，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，C正确；D．由，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，D错误；故选AC。6．物体质量；转动半径；转动角速度    【详解】(1)两物体的质量mA＞mB，连接 A的棉线先断，即质量越大，细线的拉力越大，则说明在半径和角速度一定的条件下，圆周运动所需向心力随物体质量的增大而增大；(2)两物体质量 mA＝mB，线长LA＞LB，而连接 A的棉线先断，即细线越长，所受的拉力越大；表明在物体质量和角速度一定的条件下，圆周运动所需向心力随转动半径的增大而增大；(3)[并不是横杆一开始转动就断线，而是加速了一段时间之后随着转动速度的增大线才断的；表明在物体质量和半径一定的条件下，圆周运动所需向心力随转动角速度的增大而增大。7． ；线速度的大小；    【详解】(1)由乙图可知由数学知识得到图象的斜率为故向心力和圆柱体线速度大小v的关系式是(2)该实验运用控制变量法研究物理量的关系，根据向心力公式可知为研究与的关系，实验时除保持圆柱体的质量不变外，还应保持不变的物理量是线速度的大小；(3)根据已经学习过的向心力公式，与比较得，将代入可得圆柱体的质量为8．物体与接触面间没有压力（或物体处于完全失重状态）；圆周运动的半径R、绳子的拉力F ； 【详解】(1)由于卫星绕地球做匀速圆周运动时处于完全失重状态，物体与接触面间的几乎没有压力，则摩擦力几乎为零．(2)小球做匀速圆周运动，靠拉力提供向心力，则有：，需要测量弹簧秤的示数F，圆周运动的半径r，物体做圆周运动的周期T．(3)根据,得:.