专题23 实验 探究向心力公式——2023年高考物理一轮复习小题多维练（广东专用）

2023年高考物理一轮复习小题多维练（广东专用）

专题23  实验  探究向心力公式

（时间：30分钟）

1．如图甲所示是某同学探究做圆周运动的物体所受向心力大小与质量、轨道半径及线速度关系的实验装置。圆柱体放置在水平光滑圆盘上做匀速圆周运动。力传感器测量向心力F，速度传感器测量圆柱体的线速度v，该同学通过保持圆柱体质量和运动半径不变，来探究向心力F与线速度v的关系：

（1）该同学采用的实验方法为______。

A．等效替代法    B．控制变量法    C．理想化模型法    D．微小量放大法

（2）改变线速度v，多次测量，该同学测出了五组F、v数据，如下表所示：请在图乙中作出图线______；

②若圆柱体运动半径，由作出的的图线可得圆柱体的质量______（结果保留两位有效数字）

2．在使用如图所示的向心力演示器探究向心力大小与哪些因素有关的实验中。

（1）本实验采用的科学方法是___________

A．放大法        B．累积法    C．微元法        D．控制变量法

（2）通过本实验可以得到的结果有___________

A．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

B．在质量和半径一定的情况下，向心力的大小与角速度成反比

C．在质量和半径一定的情况下，向心力的大小与角速度二次方成正比

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

3．如图所示是某同学验证“做圆周运动的物体所受向心力大小与线速度关系”的实验装置。已知重力加速度为g。主要实验步骤如下：

（1）用天平测出小钢球的质量m；

（2）用游标卡尺测出小钢球直径d；

（3）轻质细线一端与小钢球相连，另一端固定在拉力传感器上。小钢球静止时刚好位于光电门中央，用米尺量出线长L；

（4）将小钢球拉到适当的高度处释放。测出小钢球通过光电门的时间t，小钢球经过光电门时的速度大小为_____。则此时小钢球向心力表达式F向=_____；

（5）读出力传感器示数的最大值Fm。则向心力还可表示为F′向_____。对比F向和F′向的大小，可得出结论。

4．某同学做验证向心力与线速度关系的实验。装置如图甲所示，一轻质细线上端固定在力传感器上，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：

①用游标卡尺测出钢球直径d；

②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；

③将钢球拉到适当的高度处静止释放，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：

（1）游标卡尺测出小球直径，如图乙所示，则d＝______cm。

（2）根据向心力公式，小球通过最低点时所需向心力______（用题中物理量符号表示）。

（3）若等式______成立（用题中物理量符号表示），则可以验证向心力表达式。

（4）该实验可能的误差有：______。（写出一条即可）

5．如图1所示是某同学验证“做圆周运动的物体所受向心力大小与线速度关系”的实验装置。一根细线系住钢球，悬挂在铁架台上，钢球静止于A点，光电门固定在A的正下方靠近A处。在钢球底部竖直地粘住一片宽度为d的遮光条，小钢球的质量为m，重力加速度为g。实验步骤如下：

（1）将小球竖直悬挂，测出悬点到钢球球心之间的距离，得到钢球运动的半径为R；用刻度尺测量遮光条宽度，示数如图2所示，其读数为________cm；将钢球拉至某一位置释放，测得遮光条的挡光时间为0.010s，小钢球在A点的速度大小v=________m/s（结果保留三位有效数字）。

（2）先用力传感器的示数FA计算小钢球运动的向心力，FA应取该次摆动过程中示数的________（选填“平均值”或“最大值”），然后再用计算向心力。

（3）改变小球释放的位置，重复实验，比较发现F总是略大于，分析表明这是系统造成的误差，该系统误差的可能原因是________。

A．小钢球的质量偏大

B．小钢球初速不为零

C．总是存在空气阻力

D．速度的测量值偏大

（4）为了消除该系统误差，可以________（回答一条即可）。

6．某兴趣小组用如图甲所示的装置与传感器结合，探究向心力大小的影响因素。实验时用手拨动旋臂产生圆周运动，力传感器和光电门固定在实验器上，测量向心力和角速度。

（1）电脑通过光电门测量挡光杆通过光电门的时间，并由挡光杆的宽度d、挡光杆通过光电门的时间Δt、挡光杆做圆周运动的半径r，自动计算出砝码做圆周运动的角速度，则计算角速度的表达式为ω＝________。

（2）图乙中取①②两条曲线为相同半径、不同质量下向心力与角速度的关系图线，由图可知，曲线①对应的砝码质量________（选填“大于”或“小于”）曲线②对应的砝码质量。

7．探究向心力大小F与小球质量m、角速度ω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心力的比值。已知小球在挡板A、B、C处做圆周运动的轨迹半径之比为1：2：1。

（1）在这个实验中，利用了_______（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m、角速度ω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，分别放在挡板C与______（选填“挡板A”或“挡板B”）处，同时选择半径______（选填“相同”或“不同”）的两个塔轮；

（3）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是短槽中小球半径的2倍，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1：2，则左、右两边塔轮的半径之比为________。

8．某同学用如图所示装置做探究向心力大小与角速度大小的关系。装置中水平光滑直杆随竖直转轴一起转动，一个滑块套在水平光滑杆上，用细线将滑块与固定在竖直转轴上的力传感器连接，细绳处于水平伸直状态，当滑块随水平杆一起匀速转动时，细线的拉力就是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轻质角速度传感器测得。

（1）要探究向心力与角速度的大小关系，则需要采用______。

A．控制变量法B．等效替代法C．微元法D．放大法

（2）保持滑块的质量和到竖直转轴的距离r不变，仅多次改变竖直转轴转动的快慢，测得多组力传感器的示数F及角速度传感器的示数，根据实验数据得到的图线斜率为k，则滑块的质量为______。（用题目中的字母表示）

（3）若水平杆不光滑，根据（2）得到图线的斜率将______。（填“增大”“不变”或“减小”）。