專題29實驗探究向心力大小與半徑角速度質(zhì)量的關(guān)系（原卷版）

專題29實驗：探究向心力大小與半徑、角速度、質(zhì)量的關(guān)系一.實驗思路采用控制變量法探究⑴使兩物體的質(zhì)量、轉(zhuǎn)動的半徑相同,探究向心力的大小跟轉(zhuǎn)動的角速度的定量關(guān)系；（2）使兩物體的質(zhì)量、轉(zhuǎn)動的角速度相同，探究向心力的大小跟轉(zhuǎn)動的半徑的定量關(guān)系；（3）使兩物體轉(zhuǎn)動的半徑、轉(zhuǎn)動的角速度相同，探究向心力的大小跟物體質(zhì)量的定量關(guān)系。二.實驗器材如圖，向心力演示器、質(zhì)最不等的小球.三.實驗步驟（1）分別將兩個質(zhì)量相等的小球放在實驗儀器的兩個小槽中，且小球到轉(zhuǎn)軸（即圓心）距離相同即圓周運動半徑相同.將皮帶放置在適當位置使兩轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動，記錄不同角速度卜的向心力大?。ǜ駭?shù)）.（2）分別將兩個質(zhì)量和第的小球放在實驗儀器的長槽和短槽兩個小槽中，將皮帶放置在適當位置使兩轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動角速度相筌、小球到轉(zhuǎn)軸（即圓心）距離不同即圓周運動半徑不等，記錄不同半徑的向心力大小（格數(shù)）.（3）分別將兩個質(zhì)量不相等的小球放在實驗儀器的兩個小槽中，且小球到轉(zhuǎn)軸（即圓心）距離相同即圓周運動半徑相等，將皮帶放置在適當位置使兩轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動角速度相等，記錄不同質(zhì)量下的向心力大?。ǜ駭?shù)）.四.數(shù)據(jù)處理分別作出年一小、人一八人一/〃的圖像，分析向心力大小與角速度、半徑、質(zhì)量之間的關(guān)系，并得出結(jié)論.五.實驗結(jié)論.在質(zhì)量和半徑一定的情況下，向心力的大小與角速度的平方成正比。.在質(zhì)量和角速度一定的情況下，向心力的大小與半徑成正比。.在半徑和角速度一定的情況下，向心力的大小與質(zhì)量成正比。六.注意事項搖動手柄時應力求緩慢加速，注意觀察其中?個標尺的格數(shù).達到預定格數(shù)時，即保持轉(zhuǎn)速恒定，觀察并記錄其余讀數(shù).1.用如圖所示的裝置可以“探究做勻速I員I周運動的物體向心力的大小與哪些因素有關(guān)勻速轉(zhuǎn)動手柄1，可以使變速塔輪2和3以及長槽4和短槽5隨之勻速轉(zhuǎn)動，槽內(nèi)的小球也隨著做勻速圓周運動。左右塔輪通過皮帶連接，可通過改變皮帶所處的層來改變左右塔輪的角速度之比，使小球做勻速圓周運動的向心力由橫臂6的擋板對小球的壓力提供。球?qū)醢宓姆醋饔昧?，通過橫臂的杠桿作用使彈簧測力套筒7卜降，從而露出標尺8。根據(jù)標尺8上露出的紅白相間等分標記，可以粗略計算出兩個球所受向心力的比值。（1）本實驗采用的科學研究方法是（填字母代號）。A.控制變量法B.累積法C.微元法（2）把兩個質(zhì)量相同的小球分別放在長槽和短槽內(nèi)，使它們的轉(zhuǎn)動半徑相同，將塔輪上的皮帶分別置于第一層、第二層和第三層，勻速轉(zhuǎn)動手柄，可以探究（填字母代號）。A.向心力的大小與質(zhì)量的關(guān)系B.向心力的大小與半徑的關(guān)系C.向心力的大小與角速度的關(guān)系.用如圖所示的實驗裝置來探究小球做圓周運動所需向心力的大小廠與質(zhì)最〃八角速度3和半徑r之間的關(guān)系，轉(zhuǎn)動手柄使長槽和短槽分別隨變速塔輪勻速轉(zhuǎn)動，槽內(nèi)的球就做勻速圓周運動。橫臂的擋板對球的壓力提供了向心力，球?qū)醢宓姆醋饔昧νㄟ^橫臂的杠桿作用使彈簧測力套筒下降，從而露出標尺，標尺上的紅白相間的等分格顯示出兩個小球所受向心力的比值。實驗用球分為鋼球和鋁球，請回答相關(guān)問題：（1）在某次實驗中，某同學把兩個質(zhì)量相等的鋼球放在A、C位置，4、C到塔輪中心距離相同，將皮帶處于左右塔輪的半徑不等的層上。轉(zhuǎn)動手柄，觀察左右標出的刻度，此時可研究向心力的大小與的關(guān)系。A.質(zhì)量機B.角速度3c.半徑r（2）在（1）的實驗中，某同學勻速轉(zhuǎn)動手柄時，左邊標尺露出4個格，右邊標尺露出1個格，則皮帶連接的左、右塔輪半徑之比為：其他條件不變，若增大手柄轉(zhuǎn)動的速度，則左右兩標尺示數(shù)的比值o（選填：變大、變小或不變）.（2022?黑龍江?哈爾濱市第十一中學校高一期中）用如圖所示的實驗裝置研究影響向心力大小的因素。長槽上的擋板B到轉(zhuǎn)軸的距離是擋板A的2倍，長槽上的擋板A和短槽上的擋板C到各自轉(zhuǎn)軸的距離相等。轉(zhuǎn)動手柄使長槽和短槽分別隨變速塔輪勻速轉(zhuǎn)動，槽內(nèi)的球就做勻速圓周運動。擋板對球的壓力提供了向心力，球?qū)醢宓姆醋饔昧νㄟ^橫臂的杠桿作用使彈簧力筒下降，從而露出標尺，根據(jù)標尺上的等分格可以粗略計算出兩個球所受向心力的比值。（1）當傳動皮帶套在兩塔輪半徑不同的輪盤上，套有皮帶的塔輪邊緣處的大小相等：（填“線速度"或"角速度"）（2）探究向心力與半徑的關(guān)系時，應將皮帶套在兩塔輪半徑（填“相同”或“不同”）的輪盤上，將質(zhì)量相同的小球分別放在哪兩個處擋板?A."A"處和"夕處B."4'處和"C處C."獷處和“C處（3）探究向心力與角速度的關(guān)系時，應將皮帶套在兩塔輪半徑（填“相同〃或"不同”）的輪盤上，將質(zhì)量相同的小球分別放在哪兩處擋板?A."A"處和"使處B,"A"處和"。處C."夕處和"C處利用如圖所示的裝置可以探究影響向心力大小的因素。將小球放置在橫臂的擋板處，轉(zhuǎn)動手柄使長槽和短槽分別隨變速塔輪勻速轉(zhuǎn)動，兩小球隨之做勻速圓周運動。橫臂的擋板對小球的壓力提供了小球做勻速圓周運動的向心力，小球?qū)醢宓姆醋饔昧νㄟ^橫僧的杠桿作用使彈簧測力筒下降，從而露出標尺，可顯示兩小球所受向心力的大小情況。己知長槽橫臂的擋板A和短槽橫臂的擋板C到各自轉(zhuǎn)軸的距離相等。若將甲、乙兩個相同小球分別置『?擋板A和擋板C處，勻速轉(zhuǎn)動手柄,穩(wěn)定后兩小球所需向心力大小之比%尸2=1:4,則兩小球的角速度之比0:如=。此時傳動皮帶所連接的左、右兩塔輪半徑之比為?。荩憾?=o若兩個鋼球的質(zhì)量和半徑都相同，則是在研究向心力的大小尸與（選填下列選項前的字母）的關(guān)系；A.鋼球質(zhì)量mB.運動半徑RC.角速度如圖為“向心力演示儀〃及配套小球圖示，圖中1、2、3為放置小球的卡槽，卡槽1和3到各自轉(zhuǎn)軸的距離相等；變速盤由左右兩部分構(gòu)成，兩側(cè)各有三個半徑不等的圓盤。實驗中左右圓盤可通過皮帶連接，轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)子時左右套筒卜.降，標尺露出的格子數(shù)可顯示小球轉(zhuǎn)動過程中向心力大小。結(jié)合圖示，完成卜.列問題：（1）若要演示“r和3一定時，向心力與m成正比”，可將鋼球置于圖中卡槽3處，將（選填“鋼〃或"鋁”）球置于卡槽處，且左右兩側(cè)轉(zhuǎn)盤半徑滿足「左丁右（選填“,"或"="或"V"）；（2）若選用兩個鋼球分別置于卡槽3和2處，則此時可進行演示的是“m和一定時，向心力與成正比”（選填"r〃或為？〃）。（2022?福建漳州?高一期末）用向心力演示器探究小球做圓周運動所需向心力〃的大小與質(zhì)量相、角速度公、軌道半徑，?之間的關(guān)系，裝置如圖所示，長槽上的擋板8到轉(zhuǎn)軸的距離是擋板A的2倍，擋板A和短槽上的擋板C到各自轉(zhuǎn)軸的距離相等。轉(zhuǎn)動手柄使塔輪、長槽和短槽勻速轉(zhuǎn)動槽內(nèi)的小球就做勻速圓周運動。擋板對球的壓力提供了向心力，球擠壓擋板的力使擋板另一端壓縮測力套筒的彈簧，從而露出標尺，該讀數(shù)即顯示了向心力的大小。（1）該實驗主要用到的物理方法是（填正確答案標號）；A.等效替代法B.控制變量法C.理相實驗法D.放大法（2）當傳動皮帶套在半徑不同的兩塔輪輪盤上，轉(zhuǎn)動手柄，兩塔輪的角速度（填“相等〃或“不（3）下列操作正確的是（填正確答案標號）A.探究廠的大小與廠間的關(guān)系時，應將相同的小球分別放在擋板A處和擋板B處，并將皮帶套在兩邊半徑相等的變速塔輪上B.探究F的大小與「間的關(guān)系時，應將相同的小球分別放在擋板3處和擋板C處，并將皮帶套在兩邊半徑相等的變速塔輪上C.探究產(chǎn)的大小與3間的關(guān)系時，應將相同的小球分別放在擋板A處和擋板。處，并將皮帶套在兩邊半徑不同的變速塔輪上D.探究產(chǎn)的大小與3間的關(guān)系時，應將相同的小球分別放在擋板8處和擋板C處，并將皮帶套在兩邊半徑不同的變速塔輪上（2023?全國?高三專題練習）探究向心力大小尸與物體的質(zhì)量〃?、角速度3和軌道半徑廣的關(guān)系實驗。（1）本實驗所采用的實驗探究方法與下列哪個實驗是相同的;A.探究平拋運動的特點B.探究兩個互成角度的力的合成規(guī)律C.探究加速度與物體受力、物體質(zhì)量的關(guān)系一組同學用向心力演示器進行實驗，實驗情境如圖甲、乙、丙所示。三個情境圖中，探究向心力大小尸與質(zhì)量〃?關(guān)系的是圖（選填"甲"、"乙〃、吶”）。（3）另一組同學用如下圖所示實驗裝置進行探究，圓柱體放置在水平圓盤上做勻速圓周運動，圓柱體與圓盤之間的摩擦可忽略不計。力傳感器測最向心力大小F,角速度傳感器測量角速度大小3,該組同學通過保持圓柱體質(zhì)量和運動半徑不變，來探究尸與3的關(guān)系。該組同學讓圓柱體做半徑為/?的勻速圓周運動，得到如圖1所示圖像，對圖線的數(shù)據(jù)進行處理，獲得了如圖2所示的圖像，該圖像是一條過原點的直線，則圖像橫坐標x代表的是,如果直線的斜率為左，則可以得到圓柱體的質(zhì)量為o（2023?浙江?模擬預測）探究向心力大小產(chǎn)與物體的質(zhì)量〃八角速度G和軌道半徑「的關(guān)系實驗。（1）本實驗所采用的實驗探究方法與下列哪些實驗是相同的;A.探究平拋運動的特點B.探究變壓器原、副線圈電壓與匝數(shù)的關(guān)系C.探究兩個互成角度的力的合成規(guī)律D.探究加速度與物體受力、物體質(zhì)量的關(guān)系（2）某同學用向心力演示器進行實驗，實驗情景如甲、乙、丙三圖所示a.三個情境中，圖是探究向心力大小尸與質(zhì)量，〃關(guān)系（選填"甲"、"乙"丙。b.在甲情境中，若兩鋼球所受向心力的比值為109,則實驗中選取兩個變速塔輪的半徑之比為o（3）某物理興趣小組利用傳感器進行探究，實驗裝置原理如圖所示。裝置中水平光滑直槽能隨豎直轉(zhuǎn)軸一起轉(zhuǎn)動，將滑塊套在水平直槽上，用細線將滑塊與固定的力傳感器連接。當滑塊隨水平光滑直槽一起勻速轉(zhuǎn)動時，細線的拉力提供滑塊做圓周運動需要的向心力。拉力的大小可以通過力傳感器測得，滑塊轉(zhuǎn)動的角速度可以通過角速度傳感器測得。小組同學先讓一個滑塊做半徑，?為0.14m的圓周運動，得到圖甲中①圖線。然后保持滑塊質(zhì)量不變，再將運動的半徑，?分別調(diào)整為0.12m、0.10m,0.08m、0.06m,在同一坐標系中又分別得到圖甲中②、③、④、⑤四條圖線。a.對①圖線的數(shù)據(jù)進行處理，獲得了F-面圖像，如圖乙所示，該圖像是一條過原點的直線，則圖像橫坐標X代表的是ob.對5條后①圖線進行比較分析，得出。一定時，的結(jié)論。請你簡要說明得到結(jié)論的方法o（2022?全國?百三課時練習）如圖甲所示，某實驗小組探究影響向心力大小的因素。用細繩系一紙杯（杯中有30mL的水），將手舉過頭頂，使紙杯在水平面內(nèi)做圓周運動。（1）下列說法中正確的是。A.保持質(zhì)量、繩長不變，增大轉(zhuǎn)速，繩對手的拉力將不變B.保持質(zhì)量、繩長不變，增大轉(zhuǎn)速，繩對手的拉力將增大C.保持質(zhì)最、角速度不變，增大繩長，繩對手的拉力將不變D.保持質(zhì)量、角速度不變，增大繩長，繩對手的拉力將增大（2）如圖乙，繩離杯心40cm處打一結(jié)點A,80cm處打一結(jié)點B,學習小組中一位同學用手表計時，另一位同學操作。操作一：手握繩結(jié)A,使杯在水平面內(nèi)每秒運動一周，體會向心力的大小。操作二：手握繩結(jié)B,使杯在水平面內(nèi)每秒運動一周，體會向心力的大小。操作三：手握繩結(jié)A,使杯在水平面內(nèi)每秒運動二周，體會向心力的大小。操作四：手握繩結(jié)A,再向杯中添加30mL的水，使杯在水平面內(nèi)每秒運動一周，體會向心力的大小。則：①操作二與一相比較：質(zhì)量、角速度相同，向心力的大小與轉(zhuǎn)動半徑大小有關(guān);操作三與一相比較：質(zhì)量、半徑相同，向心力的大小與角速度有關(guān):操作四與一相比較：相同，向心力的大小與有關(guān)；②物理學中此種實驗方法叫法。③小組總結(jié)階段，在空中甩動，使杯在水平面內(nèi)做圓周運動的同學談感受時說：“感覺手腕發(fā)酸，感覺力的方向不是指向圓心的向心力，而是背離圓心的力，跟書上說的不?樣”，你認為該同學的說法是否正確，為什么？（2022?四川眉山?高一期末）杲同學用如圖所示的裝置“探究物體做圓同運動的向心力大小與半徑、線速度、質(zhì)量的關(guān)系”。用一根細線系住小鋼球，另一端連接在固定于鐵架臺，上端的力傳感器上，小鋼球靜止于A點，將光電門固定在A點的正下方靠近A點處。在小鋼球底部豎直地粘住一片寬度為d的遮光條（質(zhì)量不計，長度很?。?，小鋼球的質(zhì)量為，小重力加速度為以將小鋼球豎直懸掛，測出懸點到小鋼球球心之間的距離，得到小鋼球運動的半徑為上（1）將小鋼球拉至某一位置靜止釋放，讀出小鋼球經(jīng)過A點時力傳感器的讀數(shù)尸及遮光條的擋光時間為A3則小鋼球通過4點時的速度大小可視為口=m/So（2）從動力學角度小鋼球通過八點時的向心力大小為用=（用/、"hg表示），將其計算的結(jié)果與向心力公式顯=機=計算的結(jié)果進行比較。（3）改變小鋼球釋放的位置，重復實驗，比較發(fā)現(xiàn)吊總是略小于耳，分析表明這是系統(tǒng)造成的誤差，該系統(tǒng)誤差的可能原因是oA.小鋼球的質(zhì)量偏大B.小鋼球的初速度不為零C.總是存在空氣阻力D.小鋼球速度的測量值偏大（4）小鋼球從靜止釋放位置運動到A點的過程中，重力做功的功率。A.一直增大B.一直減小C.先增大后減小D.先減小后增大（2022?全國?高三課時練習）某同學用如圖所示的裝置做探究向心力大小與角速度大小的關(guān)系的實驗.裝置中水平光滑直桿隨豎直轉(zhuǎn)軸一起轉(zhuǎn)動，一個滑塊套在水平光滑桿上，用細線將滑塊與固定在豎直轉(zhuǎn)軸上的力傳感器連接，細繩處于水平伸直狀態(tài)，當滑塊隨水平桿一起勻速轉(zhuǎn)動時，細線的拉力就是滑塊做圓周運動需要的向心力。拉力的大小可以通過力傳感器測得，滑塊轉(zhuǎn)動的角速度可以通過輕質(zhì)角速度傳感器測得。（1）保持滑塊的質(zhì)量和到豎直轉(zhuǎn)軸的距離「不變，僅多次改變豎直轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動的快慢，測得多組力傳感器的示數(shù)尸及角速度傳感器的示數(shù)皿根據(jù)實驗數(shù)據(jù)得到戶-i的圖線斜率為3則滑塊的質(zhì)量為。（用題目中的字母表示）（2）若水平桿不光滑，根據(jù)（1）得到圖線的斜率將。（選填"增大""不變”或"減小〃）。（2023?全國?高三專題練習）某實驗裝置如圖所示。水平光滑圓盤可繞通過圓心的豎直軸勻速轉(zhuǎn)動，豎直軸的角速度可以由電動機控制，圓盤沿半徑方向有一個小槽，槽內(nèi)有可移動的壓力傳感器，用來測最向心力的大小，將實驗小球緊貼壓力傳感器放置。利用該裝置可探究做圓周運動的物體向心力廠的大小與小球運動半徑八角速度少及質(zhì)量〃?的關(guān)系（1）換用不同機的小球，在保證和/?不變的條件下，觀察產(chǎn)的大??；發(fā)現(xiàn)圓周運動所需向心力隨小球的的增大而增大。（均用題干所給的符號表示）（2）經(jīng)過探究，可以得出向心力大小的表達式代o（用題干所給的符號表示）（3）物理學中此種實驗方法叫。A.理想實驗法B.等效替代法C.控制變量法（2022?福建三明?高一期末）同學利用圖甲所示的DIS向心力實驗器來探究破碼做圓周運動所需要向心力尸與其質(zhì)最〃?、轉(zhuǎn)動半徑廠和轉(zhuǎn)動線速度￡之間的關(guān)系。實驗時，破碼和擋光桿隨旋臂一起做圓周運動,祛碼所需的向心力可通過牽引桿由力傳感器測得，擋光桿每經(jīng)過光電門一次，通過力傳感器和光電門就同時獲得一組向心力〃和擋光桿擋光時間t的數(shù)據(jù)。牽引桿的質(zhì)量和一切摩擦可忽略。（1）為了探究向心力大小與線速度的關(guān)系，則應保持和不變。（用題中給出物理量的符號表示）（2）已知擋光桿和祛碼到轉(zhuǎn)軸的距離均為L,擋光桿的擋光寬度為乩在滿足（1）的條件下，改變其轉(zhuǎn)速得到多組尺/的數(shù)據(jù)，得到廣（7）2圖線如圖乙所示。根據(jù)圖乙得到的實驗結(jié)論是。（3）求得圖線的斜率為h則祛碼的質(zhì)量為o（用題中給出物理量的符號表示）圖甲是探究向心力大小跟質(zhì)量、半徑、線速度關(guān)系的實驗裝置圖。電動機帶動轉(zhuǎn)臺勻速轉(zhuǎn)動，改變電動機的電壓可以改變轉(zhuǎn)臺的轉(zhuǎn)速，光電計時器可以記錄轉(zhuǎn)臺每轉(zhuǎn)一圈的時間。用一輕質(zhì)細線將金屬塊與固定在轉(zhuǎn)臺中心的力傳感器連接，金屬塊被約束在轉(zhuǎn)臺的回槽中并只能沿半徑方向移動且跟轉(zhuǎn)臺之間的摩擦力忽略不計。（1）某同學為了探究向心力跟線速度的關(guān)系，需要控制質(zhì)量和保持不變；（2）現(xiàn)用刻度尺測得金屬塊做勻速圓周運動的半徑為光電計時器讀出轉(zhuǎn)動的周期T,則線速度，v=（用題中所給字母表示）；（3）該同學多次改變轉(zhuǎn)速后，記錄了一系列力與對應周期數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)處理描繪出了尸-盧圖線（圖乙），若半徑r=0.2m，則金屬塊的質(zhì)量血=kg（結(jié)果保留2位有效數(shù)字）。（2023?全國?高三專題練習）某實驗小組按如圖裝置進行探究向心力大小與半徑、角速度、質(zhì)量的關(guān)系?；瑝K中心固定遮光片，寬度為“，滑塊套在水平桿上，隨桿?起繞豎直軸做勻速圓周運動，固定在轉(zhuǎn)軸上的力傳感器通過輕繩連接滑塊，水平桿的轉(zhuǎn)速可以控制，滑塊每經(jīng)過光電門一次，通過力傳感器和光電門就同時獲得一組拉力尸和擋光時間△/的數(shù)據(jù)。（1）若滑塊中心到轉(zhuǎn)軸的距離為L,由光電門測得擋光時間△/,則滑塊轉(zhuǎn)動的角速度的表達式是（2）按上述實驗將測算得的結(jié)