2025版高考物理全程一輪復(fù)習(xí)課時(shí)分層精練二十四探究向心力大小與半徑角速度質(zhì)量的關(guān)系

課時(shí)分層精練(二十四)探究向心力大小與半徑、角速度、質(zhì)量的關(guān)系基礎(chǔ)落實(shí)練1．[2024·福建福州質(zhì)量檢測(cè)]如圖甲，利用向心力演示器探究做圓周運(yùn)動(dòng)的小球，當(dāng)質(zhì)量、半徑一定時(shí)，所需向心力的大小F與角速度ω之間的關(guān)系．(1)如圖乙，若傳動(dòng)皮帶套在塔輪第二層，左、右塔輪半徑R1、R2之比為2∶1，則塔輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，A、C兩處的角速度之比為_(kāi)_______．(2)圖甲中標(biāo)尺上黑白相間的等分格顯示如圖丙，則A、C兩處鋼球所受向心力的大小之比約為_(kāi)_______．(3)由此實(shí)驗(yàn)，得到的結(jié)論是________________________________________________________________________________________________________________________________________________.2．某同學(xué)利用圖甲中所示的DIS向心力實(shí)驗(yàn)器來(lái)探究圓周運(yùn)動(dòng)向心力的影響因素．實(shí)驗(yàn)時(shí)，砝碼隨旋臂一起做圓周運(yùn)動(dòng)，其受到的向心力可通過(guò)牽引桿由力傳感器測(cè)得，旋臂另一端的擋光桿每經(jīng)過(guò)光電門(mén)一次，通過(guò)力傳感器和光電門(mén)就同時(shí)獲得一組向心力Fn和擋光時(shí)間Δt，換算生成ω.保持砝碼的質(zhì)量和轉(zhuǎn)動(dòng)半徑不變，改變其轉(zhuǎn)速得到多組Fn、ω的數(shù)據(jù)后，作出了Fn-ω2圖線如圖乙所示．牽引桿的質(zhì)量和一切摩擦可忽略．(1)該同學(xué)采用的主要實(shí)驗(yàn)方法為_(kāi)_______．A．等效替代法B．控制變量法C．理想化模型法(2)實(shí)驗(yàn)中，某次擋光桿經(jīng)過(guò)光電門(mén)時(shí)的擋光時(shí)間為Δt.已知擋光桿到轉(zhuǎn)軸的距離為d，擋光桿的擋光寬度為Δs，則可得擋光桿轉(zhuǎn)動(dòng)角速度ω的表達(dá)式為_(kāi)_______．(3)根據(jù)圖乙，得到的實(shí)驗(yàn)結(jié)論是________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________.素養(yǎng)提升練3．[2024·廣東名校質(zhì)檢]為探究向心力大小與半徑、角速度、質(zhì)量的關(guān)系，某實(shí)驗(yàn)小組通過(guò)如圖甲所示裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)．滑塊套在水平桿上，隨水平桿一起繞豎直桿做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，力傳感器通過(guò)一細(xì)繩連接滑塊，用來(lái)測(cè)量向心力F的大?。瑝K上固定一遮光片，寬度為d，光電門(mén)可以記錄遮光片通過(guò)的時(shí)間，測(cè)得旋轉(zhuǎn)半徑為r.滑塊隨桿做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，每經(jīng)過(guò)光電門(mén)一次，通過(guò)力傳感器和光電門(mén)就同時(shí)獲得一組向心力F和角速度ω的數(shù)據(jù)．(1)為了探究向心力與角速度的關(guān)系，需要控制____________和____________保持不變，某次旋轉(zhuǎn)過(guò)程中遮光片經(jīng)過(guò)光電門(mén)時(shí)的遮光時(shí)間為Δt，則角速度ω＝________；(2)以F為縱坐標(biāo)，以eq\f(1,Δt2)為橫坐標(biāo)，可在坐標(biāo)紙中描出數(shù)據(jù)點(diǎn)作一條如圖乙所示直線，圖線斜率為k，則滑塊的質(zhì)量為_(kāi)_______(用k、r、d表示)；圖線不過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)的原因是____________________________．課時(shí)分層精練（二十四）探究向心力大小與半徑、角速度、質(zhì)量的關(guān)系1．解析：（1）左、右塔輪邊沿的線速度相同，由v＝ωr可知，角速度與半徑成反比，所以A、C兩處的角速度之比為1∶2.（2）擋板對(duì)小球的作用力提供了小球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的向心力，同時(shí)，小球擠壓擋板的力使擋板另一端壓縮測(cè)力套筒的彈簧，壓縮量可從標(biāo)尺上讀出，該讀數(shù)即顯示了向心力的大小，由圖丙可知，A、C兩處鋼球所受向心力的大小之比約為1∶4.（3）根據(jù)向心力大小之比與角速度大小之比可知，在實(shí)驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi)，當(dāng)小球質(zhì)量、半徑一定時(shí)，所需向心力的大小F與角速度ω的平方成正比．答案：（1）1∶2（2）1∶4（3）在實(shí)驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi)，當(dāng)小球質(zhì)量、半徑一定時(shí)，所需向心力的大小F與角速度ω的平方成正比2．解析：（1）實(shí)驗(yàn)中保持砝碼的質(zhì)量和轉(zhuǎn)動(dòng)半徑不變，改變其轉(zhuǎn)速，所以采用的是控制變量法，故本題答案為選項(xiàng)B.（2）擋光桿處的線速度為v＝eq\f(Δs,Δt)，角速度為ω＝eq\f(v,d)＝eq\f(Δs,dΔt).（3）在質(zhì)量和轉(zhuǎn)動(dòng)半徑一定的情況下，向心力大小與角速度的平方成正比．答案：（1）B（2）ω＝eq\f(Δs,dΔt)（3）在質(zhì)量和轉(zhuǎn)動(dòng)半徑一定的情況下，向心力大小與角速度的平方成正比3．解析：（1）根據(jù)控制變量法，為了探究向心力與角速度的關(guān)系，需要控制滑塊質(zhì)量和旋轉(zhuǎn)的半徑不變；物體轉(zhuǎn)動(dòng)的線速度為v＝eq\f(d,Δt)又ω＝eq\f(v,r)，解得ω＝eq\f(d,rΔt).（2）根據(jù)向心力公式可知F＝mω2r聯(lián)立解得F＝meq\f(d2,rΔt2)由于k＝meq\f(d2,r)，可得滑塊的質(zhì)量為m＝eq\f(kr