高考物理一轮复习 第四章 曲线运动 第6讲 实验：探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系教材研读练习（含解析）-北京版高三物理试题VIP免费

第6讲实验:探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系实验装置实验原理匀速转动手柄,可以使变速轮塔、长槽和短槽匀速转动,槽内的小球就随之做匀速圆周运动。这时小球向外挤压挡板,挡板对小球的反作用力提供了小球做匀速圆周运动的向心力。同时,小球压挡板的力使挡板另一端压缩弹簧测力筒里的弹簧,弹簧的压缩量可以从标尺上读出,该读数显示了向心力大小。实验步骤1.用两个质量相同的小球做实验,保持运动半径相同,观察向心力与角速度之间的关系。观察得到:向心力的大小与角速度有关,角速度越大,所需向心力就越大。2.仍用两个质量相同的小球做实验,保持两球运动角速度相同,观察向心力的大小与运动半径之间的关系。观察得到:向心力的大小与半径有关,运动半径越大,所需向心力就越大。3.用质量不同的钢球和铝球做实验,使两球运动的半径r和角速度相同,观察得到:向心力的大小与质量有关,质量越大,向心力就越大。在探究影响向心力大小的因素的实验中,如图所示,是研究哪两个物理量之间的关系()A.研究向心力与质量之间的关系B.研究向心力与角速度之间的关系C.研究向心力与半径之间的关系D.研究向心力与线速度之间的关系答案A铝球与钢球质量不同,转速相同,本实验研究向心力与质量之间的关系,不是研究向心力与角速度、半径、线速度的关系,故选A。考点实验方法和探究过程实验目的探究影响向心力大小的因素实验方法控制变量法探究过程m、ω不变改变半径r,则r越大,向心力F就越大m、r不变改变角度ω,则ω越大,向心力F就越大ω、r不变改变质量m,则m越大,向心力F就越大结论物体做圆周运动需要的向心力与物体的质量、半径、角速度都有关如图所示,是探究向心力的大小F与质量m、角速度ω和半径r之间的关系的实验装置图。转动手柄1,可使变速轮塔2和3以及长槽4和短槽5随之匀速转动,皮带分别套在变速轮塔2和3上的不同圆盘上,可使两个槽内的小球6、7分别以不同的角速度做匀速圆周运动。小球做圆周运动的向心力由横臂8的挡板对小球的压力提供,球对挡板的反作用力,通过横臂8的杠杆作用使弹簧测力筒9下降,从而露出标尺10,标尺10上露出的红白相间的等分格显示出两个球所受向心力的比值。那么:(1)现将两小球分别放在两边的槽内,为了探究小球受到的向心力大小和角速度的关系,下列说法中正确的是。A.在小球运动半径相等的情况下,用质量相同的小球做实验B.在小球运动半径相等的情况下,用质量不同的小球做实验C.在小球运动半径不等的情况下,用质量不同的小球做实验D.在小球运动半径不等的情况下,用质量相同的小球做实验(2)在该实验中应用了(选填“理想实验法”“控制变量法”或“等效替代法”)来探究向心力的大小与质量m、角速度ω和半径r之间的关系。(3)当用两个质量相等的小球做实验,且左边小球的轨道半径为右边小球的2倍时,转动时发现右边标尺上露出的红白相间的等分格数为左边的2倍,那么,左边变速轮塔与右边变速轮塔之间的角速度之比为。答案(1)A(2)控制变量法(3)1∶2解析(1)根据F向=mω2r,知要研究小球受到的向心力大小与角速度的关系,需控制小球的质量和运动半径不变。故A正确,B、C、D错误。(2)由前面分析可知该实验采用的是控制变量法。(3)线速度相等,则角速度与半径成反比,故可知左边变速轮塔与右边变速轮塔之间的角速度之比为1∶2。A组基础巩固1.甲、乙两物体都做匀速圆周运动,其质量之比为1∶2,转动半径之比为1∶2,在相同时间内甲转过4周,乙转过3周。则它们的向心力之比为()A.1∶4B.2∶3C.4∶9D.9∶16答案C由题意知,两物体的角速度之比为4∶3,因为F向=mω2r,所以两物体向心力之比为4∶9,选项C正确。2.(多选)如图所示为P、Q两物体做匀速圆周运动的向心加速度an的大小随半径r变化的图像,其中P为双曲线的一个分支,可知()A.P物体运动的线速度大小不变B.P物体运动的角速度不变C.Q物体运动的角速度不变D.Q物体运动的线速度大小不变答案AC由an=v2r知,做匀速圆周运动的物体线速度大小不变时,向心加速度与半径成反比,故A正确,B错误;由an=ω2r知,角速度不变时,向心加速度与半径成正比,故C正确,D错误。3.在“探究向心力的大小与半径、角速度、质量的关系”的实验中,(1)我们主要使用的实验方法是。(2)若要研究向心力和角...