2024高考物理一輪復(fù)習(xí)實(shí)驗(yàn)六探究向心力大小與半徑角速度質(zhì)量的關(guān)系題型突破練含解析魯科版

PAGE4-試驗(yàn)六探究向心力大小與半徑、角速度、質(zhì)量的關(guān)系熱點(diǎn)一影響向心力大小的因素的定性分析【典例1】如圖所示,同學(xué)們分小組探究影響向心力大小的因素。同學(xué)們用細(xì)繩系一紙杯(杯中有30mL的水)在空中甩動(dòng),使杯在水平面內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng),來感受向心力。(1)（多選）則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(duì)手的拉力將不變B.保持質(zhì)量、繩長不變,增大轉(zhuǎn)速,繩對(duì)手的拉力將增大C.保持質(zhì)量、角速度不變,增大繩長,繩對(duì)手的拉力將不變D.保持質(zhì)量、角速度不變,增大繩長,繩對(duì)手的拉力將增大(2)如圖甲,繩離杯心40cm處打一結(jié)點(diǎn)A,80cm處打一結(jié)點(diǎn)B,學(xué)習(xí)小組中一位同學(xué)手表記時(shí),操作一:手握繩結(jié)A,使杯在水平方向每秒運(yùn)動(dòng)一周,體會(huì)向心力的大小。操作二:手握繩結(jié)B,使杯在水平方向每秒運(yùn)動(dòng)一周,體會(huì)向心力的大小。操作三:手握繩結(jié)A,使杯在水平方向每秒運(yùn)動(dòng)二周,體會(huì)向心力的大小。操作四:手握繩結(jié)A,再向杯中添加30mL的水,使杯在水平方向每秒運(yùn)動(dòng)一周,體會(huì)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(dòng)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的大小有關(guān);操作四與一相比較:____________相同,向心力大小與______有關(guān);

②物理學(xué)中此種試驗(yàn)方法叫________法。

③小組總結(jié)階段,在空中甩動(dòng),使杯在水平面內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng)的同學(xué)談感受時(shí)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離心力,跟書上說的不一樣”你認(rèn)為該同學(xué)的說法是否正確,為什么?________________________________。

【解析】(1)由題意,依據(jù)向心力公式,F向=mω2r,由牛頓其次定律,則有T拉=mω2r;保持質(zhì)量、繩長不變,增大轉(zhuǎn)速,依據(jù)公式可知,繩對(duì)手的拉力將增大,故A錯(cuò)誤,B正確;保持質(zhì)量、角速度不變,增大繩長,據(jù)公式可知,繩對(duì)手的拉力將變大,故C錯(cuò)誤,D正確。(2)依據(jù)向心力公式F向=mω2r,由牛頓其次定律,則有T拉=mω2r;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(dòng)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的大小有關(guān);操作四與一相比較:角速度、半徑相同,向心力大小與質(zhì)量有關(guān);物理學(xué)中此種試驗(yàn)方法叫限制變量法。該同學(xué)受力分析的對(duì)象是自己的手,我們?cè)囼?yàn)受力分析的對(duì)象是水杯,細(xì)線的拉力供應(yīng)水杯做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力指向圓心。細(xì)線對(duì)手的拉力與“向心力”大小相等,方向相反,背離圓心。答案:(1)B、D(2)①線速度(角速度)、半徑質(zhì)量②限制變量③說法不對(duì)該同學(xué)受力分析的對(duì)象是自己的手,我們?cè)囼?yàn)受力分析的對(duì)象是水杯,細(xì)線的拉力供應(yīng)水杯做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力指向圓心。細(xì)線對(duì)手的拉力與“向心力”大小相等,方向相反,背離圓心熱點(diǎn)二影響向心力大小因素的定量分析【典例2】如圖所示是探究向心力的大小F與質(zhì)量m、角速度ω和半徑r之間的關(guān)系的試驗(yàn)裝置圖,轉(zhuǎn)動(dòng)手柄1,可使變速塔輪2和3以及長槽4和短槽5隨之勻速轉(zhuǎn)動(dòng)。皮帶分別套在塔輪2和3上的不同圓盤上,可使兩個(gè)槽內(nèi)的小球6、7分別以不同的角速度做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。小球做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力由橫臂8的擋板對(duì)小球的壓力供應(yīng),球?qū)醢宓姆醋饔昧?通過橫臂8的杠桿作用使彈簧測力套筒9下降,從而露出標(biāo)尺10,標(biāo)尺10上露出的紅白相間的等分格顯示出兩個(gè)球所受向心力的比值。那么: (1)現(xiàn)將兩小球分別放在兩邊的槽內(nèi),為了探究小球受到的向心力大小和角速度的關(guān)系,下列說法中正確的是________。

A.在小球運(yùn)動(dòng)半徑相等的狀況下,用質(zhì)量相同的小球做試驗(yàn)B.在小球運(yùn)動(dòng)半徑相等的狀況下,用質(zhì)量不同的小球做試驗(yàn)C.在小球運(yùn)動(dòng)半徑不等的狀況下,用質(zhì)量不同的小球做試驗(yàn)D.在小球運(yùn)動(dòng)半徑不等的狀況下,用質(zhì)量相同的小球做試驗(yàn)(2)在該試驗(yàn)中應(yīng)用了________(選填“志向試驗(yàn)法”“限制變量法”或“等效替代法”)來探究向心力的大小與質(zhì)量m、角速度ω和半徑r之間的關(guān)系。

(3)當(dāng)用兩個(gè)質(zhì)量相等的小球做試驗(yàn),且左邊小球的軌道半徑為右邊小球的2倍時(shí),轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)發(fā)覺右邊標(biāo)尺上露出的紅白相間的等分格數(shù)為左邊的2倍,那么,左邊塔輪與右邊塔輪之間的角速度之比為________。

【解析】(1)依據(jù)F=mrω2,知要探討小球受到的向心力大小與角速度的關(guān)系,需限制小球的質(zhì)量和半徑不變,所以A選項(xiàng)是正確的,B、C、D錯(cuò)誤。(2)由前面分析可以知道該試驗(yàn)采納的是限制變量法。(3)線速度相等,則角速度與半徑成反比,故可以知道左邊塔輪與右邊塔輪之間的角速度之比為1∶2。答案:(1)A(2)限制變量法(3)1∶2熱點(diǎn)三創(chuàng)新型試驗(yàn)【典例3】在“用圓錐擺驗(yàn)證向心力的表達(dá)式”試驗(yàn)中,如圖甲所示,懸點(diǎn)剛好與一個(gè)豎直的刻度尺零刻度線對(duì)齊。將畫著幾個(gè)同心圓的白紙置于水平桌面上,使鋼球靜止時(shí)剛好位于圓心。用手帶動(dòng)鋼球,設(shè)法使它剛好沿紙上某個(gè)半徑r做圓周運(yùn)動(dòng),鋼球的質(zhì)量為m,重力加速度為g。(1)用秒表記錄運(yùn)動(dòng)n圈的總時(shí)間為t,那么小球做圓周運(yùn)動(dòng)中須要的向心力表達(dá)式為Fn=________。

(2)通過刻度尺測得小球軌道平面距懸點(diǎn)的高度為h,那么小球做圓周運(yùn)動(dòng)中外力供應(yīng)的向心力表達(dá)式為Fn=________。

(3)變更小球做圓周運(yùn)動(dòng)的半徑,多次試驗(yàn),得到如圖乙所示t2n2-h的關(guān)系圖象,可以達(dá)到粗略驗(yàn)證向心力表達(dá)式的目的,該圖線的斜率表