專題06 實(shí)驗(yàn)-勻速圓周運(yùn)動（解釋版）-備戰(zhàn)期末高一物理

試卷第=page22頁，共=sectionpages33頁專題06實(shí)驗(yàn)—勻速圓周運(yùn)動一、實(shí)驗(yàn)題1．（22-23高一下·江西撫州·期末）某物理學(xué)習(xí)小組設(shè)計(jì)圖示的實(shí)驗(yàn)裝置來探究圓錐擺周期的有關(guān)因素，還準(zhǔn)備了毫米刻度尺和秒表，已知當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣葹間，實(shí)驗(yàn)操作步驟如下：（1）給小球一個初速度，使小球在圖示水平面做勻速圓周運(yùn)動，小明立刻拿著秒表開始計(jì)時并數(shù)小球圓周運(yùn)動的圈數(shù)，從他按下秒表的那一刻開始計(jì)數(shù)0，當(dāng)計(jì)數(shù)到n時停秒表，秒表顯示的時間為t，則小球做圓周運(yùn)動的周期。（2）小組猜測繩子長度L、繩子結(jié)點(diǎn)到圓平面的高度h對小球的周期T有影響，于是他們控制變量L和h，進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn)，得到數(shù)據(jù)并作圖如圖a和圖b。根據(jù)圖像可知，影響圓錐擺周期的因素是。（3）請根據(jù)理論知識推算，圖b中圖像的斜率（用題目所給出的符號表示）。【答案】h【詳解】（1）[1]當(dāng)圈數(shù)計(jì)數(shù)到時停秒表，秒表顯示的時間為，則小球做圓周運(yùn)動的周期（2）[2]由圖a可知，繩子長度改變時，周期一直保持不變；由圖b可知，繩子結(jié)點(diǎn)到圓平面的高度改變時，周期隨著發(fā)生改變，故影響圓錐擺周期的因素是。（3）[3]以小球?yàn)檠芯繉ο?，設(shè)繩子與豎直方向的夾角為，根據(jù)牛頓第二定律可得又聯(lián)立可得可知圖b中圖像的斜率為2．（22-23高一下·河北石家莊·期末）某同學(xué)用如圖所示的向心力演示器，探究小球做勻速圓周運(yùn)動所需向心力的大小與質(zhì)量、角速度和半徑之間的關(guān)系，轉(zhuǎn)動手柄使長槽和短槽分別隨變速塔輪1和變速塔輪2勻速轉(zhuǎn)動，槽內(nèi)的小球就隨槽做勻速圓周運(yùn)動。橫臂的擋板對小球的壓力提供向心力，小球?qū)醢宓姆醋饔昧νㄟ^橫臂的朾桿作用使彈簧測力筒下降，從而露出標(biāo)尺，標(biāo)尺上黑白相間的等分格顯示出兩個小球所受向心力的大小關(guān)系。如圖是探究過程中某次實(shí)驗(yàn)時裝置的狀態(tài)。（1）在研究向心力的大小與質(zhì)量關(guān)系時，要保持相同；A．和

B．和

C．和

D．和（2）當(dāng)傳送皮帶套在兩塔輪半徑不同的輪盤上，兩個塔輪邊緣的大小相等（選填“線速度”或“角速度”）；（3）圖中所示，兩個鋼球質(zhì)量和運(yùn)動半徑相等，圖中標(biāo)尺上黑白相間的等分格顯示出兩個小球所受向心力的比值為，與皮帶連接的兩個變速塔輪的半徑之比為。A．

B．

C．

D．【答案】A線速度D【詳解】（1）[1]向心力的大小與質(zhì)量關(guān)系時，須保持角速度和轉(zhuǎn)動半徑不變。故選A。（2）[2]當(dāng)傳動皮帶套在兩塔輪半徑不同的輪盤上，屬于皮帶傳動，兩個塔輪邊緣處的線速度大小相同；（3）[3]由題意，兩鋼球質(zhì)量和運(yùn)動半徑相等，向心力之比是，根據(jù)可知兩鋼球角速度之比為；又因?yàn)閮勺兯偎喌木€速度相等，根據(jù)可知可知兩個變速輪塔的半徑之比是。故選D。3．（22-23高一下·山東棗莊·期末）如圖甲所示是向心力演示器，用于探究做圓周運(yùn)動物體的向心力大小與物體的質(zhì)量、半徑、角速度的關(guān)系。擋板A、B、C可以控制小球做圓周運(yùn)動的半徑，所連彈簧測力筒的標(biāo)尺露出的格數(shù)可以顯示向心力的大小。擋板A、C到各自轉(zhuǎn)軸的距離均為擋板B到轉(zhuǎn)軸距離的一半。塔輪結(jié)構(gòu)如圖乙所示，每側(cè)三個轉(zhuǎn)輪的半徑從小到大分別為r、2r、3r，可分別用傳動皮帶連接。請完成下列問題。（1）探究向心力大小與物體質(zhì)量的關(guān)系時，在擋板A處放鋁球。擋板C處放鋼球，傳動皮帶掛左塔輪的中輪，應(yīng)掛右塔輪的（填“上”“中”或“下”）輪。（2）探究向心力大小與角速度的關(guān)系時，應(yīng)采用下列的（填“A”、“B”或“C”）圖所示安裝器材。A．

B．

C．（3）某實(shí)驗(yàn)小組為驗(yàn)證向心力公式，將鋁球放在擋板B處，鋼球放在擋板C處，傳動皮帶均掛在左、右塔輪的上輪，搖動手柄，穩(wěn)定后，右側(cè)標(biāo)尺露出1格，則左側(cè)標(biāo)尺應(yīng)該露出格。已知鋼球質(zhì)量是鋁球質(zhì)量的3倍?！敬鸢浮恐蠧6【詳解】（1）[1]探究向心力大小與物體質(zhì)量的關(guān)系時，應(yīng)控制物體做圓周運(yùn)動的半徑相同，物體做圓周運(yùn)動的角速度相同，則在擋板A處放鋁球。擋板C處放鋼球，傳動皮帶掛左塔輪的中輪，應(yīng)掛右塔輪中輪。（2）[2]探究向心力大小與角速度的關(guān)系時，應(yīng)控制物體的質(zhì)量相同，物體做圓周運(yùn)動的半徑相同，故應(yīng)采用下列的C圖所示安裝器材。（3）[3]根據(jù)向心力表達(dá)式可得，又，，聯(lián)立可得穩(wěn)定后，右側(cè)標(biāo)尺露出1格，則左側(cè)標(biāo)尺應(yīng)該露出6格。4．（22-23高一下·北京西城·期末）用向心力演示器來探究向心力大小與半徑、角速度、質(zhì)量的關(guān)系，實(shí)驗(yàn)情境如甲、乙、丙三圖所示，其中乙、丙兩圖中與皮帶相接觸的變速塔輪的半徑相等。（1）三個情境中，圖是探究向心力大小與半徑的關(guān)系（選填“甲”、“乙”或“丙”）。（2）如圖甲，若實(shí)驗(yàn)中通過標(biāo)尺上露出的紅白等分標(biāo)記觀察到兩個小球所受向心力大小的比值為，則與皮帶相接觸的變速塔輪相對應(yīng)的半徑之比為?！敬鸢浮恳摇驹斀狻浚?）[1]根據(jù)可知，要探究向心力大小F與半徑r關(guān)系，需控制小球的角速度和質(zhì)量不變，由圖可知，兩側(cè)采用皮帶傳動，所以兩側(cè)具有相等的線速度，根據(jù)皮帶傳動的特點(diǎn)可知，應(yīng)該選擇質(zhì)量相同的小球，但運(yùn)動半徑不能相同，故圖乙正確。（2）[2]兩個球的質(zhì)量相等，半徑相同，由已知所以兩個塔輪邊緣的線速度相等由知兩個變速塔輪的半徑之比為5．（22-23高一下·廣東韶關(guān)·期末）某學(xué)習(xí)小組利用如圖所示的裝置探究做勻速圓周運(yùn)動的物體需要的向心力大小與哪些因素有關(guān)。（1）在探究向心力的大小與質(zhì)量、角速度和半徑之間的關(guān)系時我們主要用到了物理學(xué)中的；A．理想實(shí)驗(yàn)法

B．等效替代法

C．控制變量法

D．演繹法（2）若兩個鋼球的質(zhì)量和運(yùn)動半徑相等，圖中標(biāo)尺上黑白相間的等分格顯示出A、C位置兩鋼球所受向心力的比值為，則塔輪1和塔輪2轉(zhuǎn)動的角速度之比為。（3）利用此裝置探究向心力與角速度之間的關(guān)系，某同學(xué)測出數(shù)據(jù)后作圖，為了能簡單明了地觀察出向心力與角速度的關(guān)系，最適合做的圖像是。A．

B．

C．

D．【答案】CD【詳解】（1）[1]探究1個物理量與多個物理量之間的關(guān)系時，應(yīng)采用控制變量法。故選C。（2）[2]根據(jù)題意，由向心力公式可得則塔輪1和塔輪2轉(zhuǎn)動的角速度之比為。（3）[3]由上述分析可知，向心力與角速度的平方成正比，則最適合做的圖像是。故選D。6．（22-23高一下·安徽蕪湖·期末）在“探究向心力大小的表達(dá)式”實(shí)驗(yàn)中，所用向心力演示器如圖（a）所示，待選小球是質(zhì)量均為2m的球1、球2和質(zhì)量為m的球3，標(biāo)尺1和2可以顯示出兩球所受向心力的大小。圖（b）是演示器部分原理示意圖，其中皮帶輪①、④的半徑相同，輪②的半徑是輪①的1.6倍，輪③的半徑是輪①的2倍，輪⑤的半徑是輪④的0.8倍，輪⑥的半徑是輪④的0.5倍；兩轉(zhuǎn)臂上黑白格的長度相等；A、B、C為三根固定在轉(zhuǎn)臂上的擋板可與轉(zhuǎn)臂上做圓周運(yùn)動的實(shí)驗(yàn)球產(chǎn)生擠壓，從而提供向心力。（1）皮帶與不同半徑的塔輪相連，主要是為了使兩小球具有不同的。A．轉(zhuǎn)動半徑r

B．線速度v

C．角速度ω

D．加速度a（2）若將球1、2分別放在擋板B、C位置，將皮帶與輪①和輪④相連則是在研究向心力的大小F與的關(guān)系。A．轉(zhuǎn)動半徑r

B．質(zhì)量m

C．角速度ω

D．線速度v（3）若將球1、3分別放在擋板B、C位置，轉(zhuǎn)動手柄時標(biāo)尺1和標(biāo)尺2示數(shù)的比值為1:4，則可判斷與皮帶連接的變速塔輪為。A．①和④

B．②和⑤

C．③和⑥

D．③和④【答案】CAC【詳解】（1）[1]皮帶傳動過程中，與皮帶接觸的邊緣的線速度大小相等，皮帶與不同半徑的塔輪相連時，根據(jù)解得可知，小球轉(zhuǎn)動的角速度不同。故選C。（2）[2]皮帶輪①、④的半徑相同，若將皮帶與輪①和輪④相連，根據(jù)上述可知，小球轉(zhuǎn)動的角速度相同，球1、2質(zhì)量相同，小球在擋板B、C位置圓周運(yùn)動的半徑不同，實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖茄芯肯蛐牧Φ拇笮與轉(zhuǎn)動半徑r的關(guān)系。故選A。（3）[3]對小球1有對小球3有根據(jù)題意有，解得令皮帶轉(zhuǎn)動速度為v，則有解得可知皮帶連接的變速塔輪為③和⑥。故選C。7．（22-23高一下·天津東麗·期末）向心力演示器如圖所示，用來探究小球做圓周所需向心力的大小F與質(zhì)量m、角速度和半徑r之間的關(guān)系。兩個變速輪塔通過皮帶連接，勻速轉(zhuǎn)動手柄使長槽和短槽分別隨變速輪塔1和變速輪塔2勻速轉(zhuǎn)動，槽內(nèi)的鋼球就做勻速圓周運(yùn)動。橫臂的擋板對鋼球的壓力提供向心力，鋼球?qū)醢宓姆醋饔昧νㄟ^橫臂的杠桿作用使彈簧測力筒下降，從而露出標(biāo)尺，標(biāo)尺上的黑白相間的等分格顯示出兩個鋼球所受向心力的比值。如圖是探究過程中某次實(shí)驗(yàn)時裝置的狀態(tài)。①在研究向心力的大小F與質(zhì)量m、角速度和半徑r之間的關(guān)系時我們主要用到了物理學(xué)中的。A．理想實(shí)驗(yàn)法

B．等效替代法

C．控制變量法

D．演繹法②圖中所示，若兩個鋼球質(zhì)量和運(yùn)動半徑相等，則是在研究向心力的大小F與的關(guān)系；A．角速度

B．運(yùn)動半徑r

C．鋼球質(zhì)量m【答案】CA【詳解】[1]在研究向心力的大小F與質(zhì)量m、角速度和半徑r之間的關(guān)系時我們主要用到了物理學(xué)中的控制變量法。故選C。[2]根據(jù)向心力的公式可知若兩個鋼球質(zhì)量和運(yùn)動半徑相等，則是在研究向心力的大小F與角速度的關(guān)系。故選A。8．（22-23高一下·海南·期末）如圖所示是探究向心力的大小與質(zhì)量、角速度和半徑之間關(guān)系的實(shí)驗(yàn)裝置。（1）本實(shí)驗(yàn)采用的物理方法是（填選項(xiàng)序號）。A．等效替代法

B．控制變量法

C．類比法（2）為了能探究向心力大小與質(zhì)量的關(guān)系，需要讓兩個小球做圓周運(yùn)動的半徑和角速度相同，左、右兩側(cè)塔輪（選填“需要”或“不需要”）設(shè)置半徑相同的輪盤?！敬鸢浮緽需要【詳解】（1）[1]本實(shí)驗(yàn)探究一個物理量與多個物理量之間的關(guān)系，需采用控制變量法。故選B。（2）[2]根據(jù)題意可知，左、右兩側(cè)塔輪皮帶相連，邊緣的線速度相等，由可知，要使相等，則需要設(shè)置半徑相同的輪盤。9．（22-23高一下·黑龍江雙鴨山·期末）用如圖所示的向心力演示器探究向心力大小的表達(dá)式。已知小球在擋板A、B、C處做圓周運(yùn)動的軌跡半徑之比為1∶2∶1，回答以下問題：（1）在該實(shí)驗(yàn)中，主要利用了來探究向心力與質(zhì)量、半徑、角速度之間的關(guān)系。A．理想實(shí)驗(yàn)法

B．微元法

C．控制變量法

D．等效替代法（2）探究向心力的大小與圓周運(yùn)動半徑的關(guān)系時，應(yīng)選擇兩個質(zhì)量(選填“相同”或“不同”)的小球，分別放在擋板C與(選填“擋板A”或“擋板B”)處。（3）當(dāng)用兩個質(zhì)量相等的小球做實(shí)驗(yàn)，將小球分別放在擋板B和擋板C處，轉(zhuǎn)動時發(fā)現(xiàn)左、右標(biāo)尺上露出的紅白相間的等分格數(shù)之比為1∶2，則左、右兩邊塔輪的半徑之比為。【答案】C相同擋板B2∶1【詳解】（1）[2]在該實(shí)驗(yàn)中，主要利用了控制變量法來探究向心力與質(zhì)量、半徑、角速度之間的關(guān)系。（2）[2]根據(jù)F＝mω2r探究向心力的大小與圓周運(yùn)動半徑的關(guān)系時，應(yīng)選擇兩個質(zhì)量相同的小球。[3]為了使角速度相等，要選擇半徑相同的兩個塔輪，為了使圓周運(yùn)動的半徑不相等，兩個小球分別放在擋板C與擋板B處。（3）[4]設(shè)軌跡半徑為r，塔輪半徑為R，根據(jù)向心力公式Fn＝mω2r角速度與線速度的關(guān)系v＝ωR解得左、右兩邊塔輪的半徑之比為10．（22-23高一下·廣東梅州·期中）某興趣小組用如圖甲所示的裝置與傳感器結(jié)合，探究向心力大小的影響因素。實(shí)驗(yàn)時用手撥動旋臂使它做圓周運(yùn)動，力傳感器和光電門固定在實(shí)驗(yàn)器材上，測量角速度和向心力。（1）電腦通過光電門測量擋光桿通過光電門的時間，并由擋光桿的寬度d、擋光桿通過光電門的時間，可得擋光桿轉(zhuǎn)動的線速度；若擋光桿做圓周運(yùn)動的半徑為r，可得砝碼做圓周運(yùn)動的角速度。（2）圖乙中①、②兩條曲線為相同半徑、不同質(zhì)量下向心力與角速度的關(guān)系圖線，由圖可知，曲線①對應(yīng)的砝碼質(zhì)量（選填“大于”或“小于”）曲線②對應(yīng)的砝碼質(zhì)量?！敬鸢浮啃∮凇驹斀狻浚?）[1]擋光桿轉(zhuǎn)動的線速度為[2]由因砝碼與擋光桿的角速度相同，故砝碼做圓周運(yùn)動的角速度為（2）[3]由牛頓第二定律可得若保持角速度和轉(zhuǎn)動半徑相同，可知質(zhì)量大的物體需要的向心力大，所以曲線①對應(yīng)的砝碼質(zhì)量小于曲線②對應(yīng)的砝碼質(zhì)量。11．（22-23高一下·浙江金華·期末）某班級同學(xué)在做探究向心力大小的表達(dá)式實(shí)驗(yàn)時：第一小組采用甲圖所示的裝置進(jìn)行探究，兩個變速塔輪通過皮帶連接，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)的鋼球就做勻速圓周運(yùn)動。橫臂的擋板對鋼球的壓力提供向心力，鋼球?qū)醢宓姆醋饔昧νㄟ^橫臂的杠桿作用使彈簧測力筒下降，從而露出標(biāo)尺，標(biāo)尺上的紅白相間的等分格顯示出兩個鋼球所受向心力的比值。第二小組采用乙圖所示的裝置進(jìn)行探究，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，力傳感器通過一細(xì)繩連接滑塊，用來測量向心力F的大小?；瑝K上固定一遮光片，寬度為d，光電門可以記錄遮光片通過的時間，測得旋轉(zhuǎn)半徑為r?；瑝K隨桿勻速圓周運(yùn)動，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F和角速度的數(shù)據(jù)。（1）下列實(shí)驗(yàn)中與這兩組同學(xué)采用的科學(xué)方法不同是。A．探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系B．探究兩個互成角度的力的合成規(guī)律（2）第二組同學(xué)實(shí)驗(yàn)時，以F為縱坐標(biāo)，以為橫坐標(biāo)，可在坐標(biāo)紙中描出數(shù)據(jù)點(diǎn)作一條如圖丙所示直線，圖線斜率為k，則滑塊的質(zhì)量為（用k、r、d表示）。【答案】B【詳解】（1）[1]實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖翘骄肯蛐牧Υ笮〉谋磉_(dá)式，由于每次只能研究兩個物理量之間的關(guān)系，需要確保其它的物理量不變，即采用了控制變量法。探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系也采用了控制變量法；而探究兩個互成角度的力的合成規(guī)律采用的是等效替代法，因此與這兩組同學(xué)采用的科學(xué)方法不同是探究兩個互成角度的力的合成規(guī)律。故選B；（2）[2]滑塊圓周運(yùn)動的速度由于則有則有解得12．（22-23高一下·吉林四平·期末）為探究向心力大小與角速度的關(guān)系，某實(shí)驗(yàn)小組通過如圖所示的裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)?；瑝K套在水平桿上，隨水平桿一起繞豎直桿做勻速圓周運(yùn)動，力傳感器通過一細(xì)繩連接滑塊，用來測繩上拉力大小?；瑝K上固定一遮光片，寬度為d，光電門可以記錄遮光片通過的時間，測出滑塊中心到豎直桿的距離為l。實(shí)驗(yàn)過程中細(xì)繩始終被拉直。（1）在探究向心力大小與角速度的關(guān)系時主要采用的物理方法是。A．控制變量法

B．理想實(shí)驗(yàn)法

C．等效替代法（2）滑塊隨桿轉(zhuǎn)動做勻速圓周運(yùn)動時，每經(jīng)過光電門一次，力傳感器和光電門就同時獲得一組拉力F和遮光時間t，則滑塊的角速度（用t、l、d表示）。實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)裝置轉(zhuǎn)速較小時，遮光時間t較大，力傳感器的示數(shù)為0，造成該現(xiàn)象的原因是。（3）為驗(yàn)證向心力大小與角速度的關(guān)系，得到多組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)后，應(yīng)作出F與（填“t”、“”或“”）的關(guān)系圖像?！敬鸢浮緼滑塊與水平桿之間有摩擦力【詳解】（1）[1]在探究向心力大小與角速度的關(guān)系時需控制滑塊的質(zhì)量和滑塊運(yùn)動半徑不變，采用了控制變量法。故選A。（2）[2]滑塊的角速度為[3]裝置轉(zhuǎn)速較小時，滑塊與水平桿之間的摩擦力提供滑塊做圓周運(yùn)動的向心力，故實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)裝置轉(zhuǎn)速較小時，遮光時間t較大，力傳感器的示數(shù)為0，造成該現(xiàn)象的原因是滑塊與水平桿之間有摩擦力。（3）[4]根據(jù)可得可知應(yīng)作出F與的關(guān)系圖像。一、實(shí)驗(yàn)題1．（22-23高一下·黑龍江齊齊哈爾·期末）用圖示裝置探究向心力大小的表達(dá)式。轉(zhuǎn)動手柄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，當(dāng)皮帶分別套在塔輪2和3的不同圓盤上時，兩個槽內(nèi)的小球分別以不同的角速度做勻速圓周運(yùn)動，小球做圓周運(yùn)動的向心力由橫臂6的擋板對小球的彈力提供，兩球所受向心力大小之比可從標(biāo)尺7上得知。（1）本實(shí)驗(yàn)中采用的實(shí)驗(yàn)方法是。A．控制變量

B．等效替代

C．微小放大（2）實(shí)驗(yàn)中，某同學(xué)將質(zhì)量相等的甲、乙兩小鋼球放在圖示位置上且甲球到左塔輪中心距離等于乙球到右塔輪中心距離，將皮帶套在塔輪2、3半徑不同的圓盤上，目的是研究向心力大小與的關(guān)系。A．半徑

B．角速度

C．向心加速度（3）在（2）條件下，轉(zhuǎn)動手柄1，由標(biāo)尺7得知甲、乙兩球所受向心力之比為，則皮帶連接的左右圓盤半徑之比為?！敬鸢浮緼B3：2【詳解】（1）[1]某一物理量與多個物理量有關(guān)系，我們只能讓其中一個物理量發(fā)生變化，找出我們要研究的物理量和這一變量之間的關(guān)系，稱為控制變量法。本實(shí)驗(yàn)采用控制變量法。故選A。（2）[2]由于兩小球的質(zhì)量相等；甲球到左塔輪中心距離等于乙球到右塔輪中心距離，即小球做圓周運(yùn)動的軌道半徑相等；將皮帶套在塔輪2、3半徑不同的圓盤上，即小球轉(zhuǎn)動的角速度不等，所以實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖茄芯肯蛐牧Υ笮∨c角速度的關(guān)系。故選B。（3）[3]根據(jù)，兩球的向心力之比為4：9，半徑和質(zhì)量相等，則轉(zhuǎn)動的角速度之比為2：3，因?yàn)榭科鲃?，變速輪塔的線速度大小相等，根據(jù)，知與皮帶連接的變速輪塔對應(yīng)的半徑之比為3：2。2．（22-23高一下·云南曲靖·期末）某物理興趣小組利用傳感器進(jìn)行“探究向心力大小F與半徑r、角速度ω、質(zhì)量m的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)裝置如圖甲所示，裝置中水平光滑直桿能隨豎直轉(zhuǎn)軸一起轉(zhuǎn)動，將滑塊套在水平直桿上，用細(xì)線將滑塊與固定的力傳感器連接。當(dāng)滑塊隨水平光滑直桿一起勻速轉(zhuǎn)動時，細(xì)線的拉力提供滑塊做圓周運(yùn)動的向心力。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。（1）小組同學(xué)先讓一個滑塊做半徑r為0.20m的圓周運(yùn)動。得到圖乙中②圖線。然后保持滑塊質(zhì)量不變。再將運(yùn)動的半徑r分別調(diào)整為0.14m，0.16m，0.18m，0.22m，在同一坐標(biāo)系中又分別得到圖乙中⑤、④、③、①四條圖線。（2）本實(shí)驗(yàn)所采用的實(shí)驗(yàn)探究方法與下列哪些實(shí)驗(yàn)是相同的。A．探究平拋運(yùn)動的特點(diǎn)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（3）對②圖線的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，獲得了F﹣x圖像，如圖丙所示，該圖像是一條過原點(diǎn)的直線，則圖像橫坐標(biāo)x代表的是。（用半徑r、角速度ω、質(zhì)量m表示其中一個或幾個表示）（4）對5條F﹣ω圖線進(jìn)行比較分析，做F﹣r圖像，得到一條過坐標(biāo)原點(diǎn)的直線，則該直線的斜率為。（用半徑r、角速度ω、質(zhì)量m表示其中一個或幾個表示）?！敬鸢浮緾ω2mω2【詳解】（2）[1]本實(shí)驗(yàn)所采用的實(shí)驗(yàn)探究方法是控制變量法，與探究加速度與物體受力、物體質(zhì)量的關(guān)系實(shí)驗(yàn)方法是相同的，故選C。（3）[2]②圖線中各圖線均為曲線，對②圖線的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析可以看出，當(dāng)ω增大為原來的2倍時，F(xiàn)增大為原來的4倍，當(dāng)ω增大為原來的3倍時，F(xiàn)增大為原來的9倍……可知，F(xiàn)與ω2成正比，以F為縱軸，ω2為橫軸，則圖像是一條過原點(diǎn)的直線，故圖丙圖像橫坐標(biāo)x代表的是ω2。（4）[3]由（3）中分析知在r一定時，F(xiàn)與ω2成正比；F-r圖像又是一條過坐標(biāo)原點(diǎn)的直線，F(xiàn)與r成正比；同時F也應(yīng)與m成正比，歸納可知，F(xiàn)-r圖像的斜率為mω2。3．（22-23高一下·山東濟(jì)南·期末）在“探究影響向心力大小的因素”實(shí)驗(yàn)中，所用向心力演示器如圖所示，固定在轉(zhuǎn)臂上的擋板A、B、C，可與轉(zhuǎn)臂上做圓周運(yùn)動的實(shí)驗(yàn)球產(chǎn)生擠壓，從而提供向心力。小球位于擋板A、B、C時，做穩(wěn)定圓周運(yùn)動的半徑之比為2∶1∶1。標(biāo)尺1、2可以顯示出兩球所受向心力的大小關(guān)系。可供選擇的實(shí)驗(yàn)球有：質(zhì)量均為的球1和球2，質(zhì)量為m的球3。（1）在研究向心力的大小F與質(zhì)量m、角速度和半徑r之間的關(guān)系時，我們主要用到的實(shí)驗(yàn)方法是。（2）為探究向心力與圓周運(yùn)動角速度的關(guān)系，實(shí)驗(yàn)時將皮帶調(diào)整到變速塔輪合適位置，若將球1放到擋板C處，球2應(yīng)放在擋板處（填：“A”或“B”）；（3）某次實(shí)驗(yàn)時將球3放在A擋板，球1放在C擋板，發(fā)現(xiàn)標(biāo)尺1和2表示的向心力之比為1∶9，由此可知皮帶連接的左側(cè)和右側(cè)塔輪半徑之比為?！敬鸢浮靠刂谱兞糠˙【詳解】（1）[1]在研究向心力的大小F與質(zhì)量m、角速度和半徑r之間的關(guān)系時，我們主要用到的實(shí)驗(yàn)方法是控制變量法；（2）[2]為探究向心力與圓周運(yùn)動角速度的關(guān)系，需控制小球的質(zhì)量和運(yùn)動半徑相同，若將球1放到擋板C處，球2應(yīng)放在擋板B處；（3）[3]球3的向心力為球1的向心力為球3與球1的角速度之比為根據(jù)可知皮帶連接的左側(cè)和右側(cè)塔輪半徑之比為4．（22-23高一下·福建龍巖·期末）如圖甲所示為向心力演示儀，可探究小球做圓周運(yùn)動所需向心力的大小F與質(zhì)量m、角速度和半徑r之間的關(guān)系。長槽的A、B處和短槽的C處分別到各自轉(zhuǎn)軸中心距離之比為1：2：1。（1）下列實(shí)驗(yàn)中采用的實(shí)驗(yàn)方法與本實(shí)驗(yàn)相同的是。A．探究兩個互成角度的力的合成規(guī)律B．伽利略對自由落體的研究C．探究加速度與物體受力、物體質(zhì)量的關(guān)系（2）在某次實(shí)驗(yàn)中，把兩個質(zhì)量相等的鋼球放在B、C位置，將傳動皮帶調(diào)至左右變速塔輪半徑之比為1：1，此操作探究的是向心力大小與的關(guān)系。（3）在另一次實(shí)驗(yàn)中，把兩個質(zhì)量相等的鋼球放在A、C位置，轉(zhuǎn)動手柄，塔輪勻速轉(zhuǎn)動時，左右兩標(biāo)尺露出的格子數(shù)之比約為1：4，那么如圖乙中左右變速塔輪半徑之比?！敬鸢浮緾半徑2：1【詳解】（1）[1]探究向心力的大小與小球質(zhì)量m、角速度和半徑r之間的關(guān)系，采用的實(shí)驗(yàn)方法是控制變量法。A．探究兩個互成角度的力的合成規(guī)律，采用的是等效替代的實(shí)驗(yàn)方法，故A錯誤；B．伽利略對自由落體運(yùn)動的研究方法是猜想與假說和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的方法,是理想實(shí)驗(yàn)，故B錯誤；C．探究加速度與物體受力、物體質(zhì)量的關(guān)系，采用的實(shí)驗(yàn)方法是控制變量法，故C正確。故選C。（2）[2]在某次實(shí)驗(yàn)中，將傳動皮帶調(diào)至左右變速塔輪半徑之比為1：1，兩球做圓周運(yùn)動的角速度相同，把兩個質(zhì)量相等的鋼球放在B、C位置，兩球做圓周運(yùn)動的半徑不同。此操作探究的是向心力大小與半徑的關(guān)系。（3）[3]在另一次實(shí)驗(yàn)中，把兩個質(zhì)量相等的鋼球放在A、C位置，則兩球做圓周運(yùn)動的半徑相等；塔輪勻速轉(zhuǎn)動時，左右兩標(biāo)尺露出的格子數(shù)之比約為1：4，則向心力之比又所以兩球做圓周運(yùn)動的角速度之比為左右變速塔輪通過皮帶連接，線速度相等，根據(jù)可知半徑之比5．（22-23高一下·北京朝陽·期末）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)系的實(shí)驗(yàn)裝置。轉(zhuǎn)動手柄，可使兩側(cè)變速塔輪以及長槽和短槽隨之勻速轉(zhuǎn)動。皮帶分別套在左右兩塔輪上的不同圓盤上，可使兩個槽內(nèi)的小球分別以各自的角速度做勻速圓周運(yùn)動，其向心力由擋板對小球的支持力提供，球?qū)醢宓姆醋饔昧κ箯椈蓽y力筒下降，從而露出標(biāo)尺，根據(jù)標(biāo)尺上露出的紅白相間等分標(biāo)記，可以粗略計(jì)算出兩個球所受向心力的比值。（1）在探究向心力的大小F與角速度ω的關(guān)系時，要保持相同。A．ω和r

B．ω和m

C．m和r

D．m和F（2）下列實(shí)驗(yàn)中，利用到控制變量法的是。A．探究兩個互成角度的力的合成規(guī)律B．探究加速度與物體受力、物體質(zhì)量的關(guān)系C．探究平拋運(yùn)動的特點(diǎn)（3）某同學(xué)利用圖2所示的裝置探究滑塊做圓周運(yùn)動時向心力和周期的關(guān)系。力傳感器可記錄細(xì)線對滑塊拉力F的大小，光電門可記錄滑塊做圓周運(yùn)動的周期T，獲得多組數(shù)據(jù)，畫出了如圖3所示的線性圖像，則圖像橫坐標(biāo)x代表的是。A．T

B．

C．

D．（4）圖3中的圖線沒有通過坐標(biāo)原點(diǎn)，其原因是?！敬鸢浮緾BD滑塊受到摩擦力的作用【詳解】（1）[1]在探究向心力的大小F與角速度ω的關(guān)系時，要保持小球質(zhì)量m和小球做勻速圓周運(yùn)動的半徑r不變。故選C。（2）[2]A．探究兩個互成角度的力的合成規(guī)律，采用了等效替代法，故A錯誤；B．探究加速度與物體受力、物體質(zhì)量的關(guān)系，采用了控制變量法，故B正確；C．探究平拋運(yùn)動的特點(diǎn)，采用了運(yùn)動的合成與分解，故C錯誤。故選B。（3）[3]繩拉力和摩擦力提供向心力，根據(jù)向心力公式有即結(jié)合圖像可知橫坐標(biāo)x代表的是。故選D。（4）[4]由（3）中函數(shù)表達(dá)式可知圖3中的圖線沒有通過坐標(biāo)原點(diǎn)，其原因是滑塊受到摩擦力的作用。6．（22-23高一下·福建廈門·期末）某興趣小組利用如圖所示的向心力演示儀，探究向心力大小與角速度的關(guān)系。已知儀器配套一個鋁球和兩個相同的鋼球，鋁球和鋼球的質(zhì)量之比為，橫臂擋板對應(yīng)的旋轉(zhuǎn)半徑之比為，實(shí)驗(yàn)主要步驟如下：（1）將傳送皮帶套在第二層塔輪上，由于未知第二層塔輪半徑比，該小組緩慢旋轉(zhuǎn)搖手，發(fā)現(xiàn)左邊長槽轉(zhuǎn)動1圈，右邊短槽剛好旋轉(zhuǎn)了2圈，則可知左右塔輪的角速度比；（2）將一個鋼球放在短槽③處擋板內(nèi)側(cè)，則應(yīng)在左側(cè)長槽；A．①處放置鋼球

B．①處放置鋁球

C．②處放置鋼球（3）迅速轉(zhuǎn)動搖手，觀察到左右兩側(cè)套筒讀數(shù)比值為，則可得向心力大小A．角速度成正比

B．角速度平方成正比

C．角速度平方成反比（4）若在第（2）步驟中，某同學(xué)錯誤的將鋁球放在①處，則轉(zhuǎn)動搖手時觀察到左右兩側(cè)套筒讀數(shù)之比為。【答案】1:2CB【詳解】（1）[1]根據(jù)題意，由實(shí)驗(yàn)步驟（1）可知，此時左右塔輪的角速度之比為；（2）[2]可知要探究質(zhì)量與半徑不變時，向心力與角速度的關(guān)系，則需在左側(cè)長槽②處放置鋼球。故選C。（3）[3]由上述分析可知，左右塔輪的角速度之比為，又有左右兩側(cè)套筒讀數(shù)比值為，可得向心力大小與角速度平方成正比。故選B。（4）[4]根據(jù)題意，由公式可知，某同學(xué)錯誤的將鋁球放在①處，則則轉(zhuǎn)動搖手時觀察到左右兩側(cè)套筒讀數(shù)之比為7．（22-23高一下·北京昌平·期末）用向心力演示器探究影響向心力大小的因素，儀器結(jié)構(gòu)如圖所示。（1）本實(shí)驗(yàn)采用的科學(xué)研究方法是。A．微元法B．理想實(shí)驗(yàn)法C．等效替代法D．控制變量法（2）某同學(xué)把兩個質(zhì)量相同的鐵球分別放在兩槽半徑相同的橫臂擋板處，依次調(diào)整塔輪上皮帶的位置，勻速轉(zhuǎn)動手柄，觀察兩個彈簧測力筒露出的標(biāo)尺，記錄數(shù)據(jù)。根據(jù)以上操作分析，該同學(xué)探究的實(shí)驗(yàn)是向心力大小與的關(guān)系?！敬鸢浮緿角速度【詳解】（1）[1]本實(shí)驗(yàn)采用的科學(xué)研究方法為控制變量法，即研究向心力大小與質(zhì)量關(guān)系時，應(yīng)保持小球的轉(zhuǎn)動半徑和轉(zhuǎn)動角速度不變。故選D。（2）[2]根據(jù)題意，兩個小球質(zhì)量相等，轉(zhuǎn)動半徑相同，調(diào)整塔輪上皮帶的位置，從而改變小球轉(zhuǎn)動的角速度，由此可知，該同學(xué)探究的是向心力大小與角速度的關(guān)系。8．（22-23高一下·遼寧錦州·期末）如圖為“感受向心力”的實(shí)驗(yàn)裝置圖：用長短不同、承受最大拉力相同的兩根輕質(zhì)細(xì)繩各拴著一個質(zhì)量相同的小球，在光滑水平桌面上掄動細(xì)繩使小球做勻速圓周運(yùn)動。（1）若兩個小球以相同的周期轉(zhuǎn)動，則繩容易斷（填“長”或“短”）；（2）若兩個小球以相同的線速度轉(zhuǎn)動，則繩容易斷（填“長”或“短”）；（3）研究這個實(shí)驗(yàn)的物理方法是。A．控制變量法

B．等效替代法

C．理想模型法【答案】長短A【詳解】（1）[1]根據(jù)拉力提供向心力，有由此可知，當(dāng)小球以相同的周期轉(zhuǎn)動時，長繩需要的向心力大，所以長繩容易斷；（2）[2]根據(jù)拉力提供向心力，有由此可知，當(dāng)小球以相同的線速度轉(zhuǎn)動時，短繩需要的向心力大，所以短繩容易斷；（3）[3]本實(shí)驗(yàn)采用的思想方法是控制變量法，即研究向心力大小與繩長關(guān)系時，需要保證周期或者線速度，質(zhì)量不變。故選A。9．（22-23高一下·甘肅臨夏·期末）某同學(xué)用圓錐擺運(yùn)動探究影響向心力的因素。如圖甲所示，一條長為L的細(xì)繩一端系在固定的拉力傳感器上O點(diǎn)，另一端系上一個小球做成圓錐擺。在O點(diǎn)右側(cè)固定一豎直桿，一只小激光筆始終與桿垂直水平射出一細(xì)束激光，當(dāng)細(xì)束激光照射到O點(diǎn)時記下激光筆在桿上位置；給小球一個初速度讓小球在水平面內(nèi)做穩(wěn)定的圓周運(yùn)動，調(diào)整桿上激光筆的位置，當(dāng)激光束照射到小球中心時記下桿上激光筆到點(diǎn)的距離h；多次重復(fù)實(shí)驗(yàn)，改變小球做圓周運(yùn)動的角速度，則h值與拉力傳感器示數(shù)F值會發(fā)生相應(yīng)變化，通過測量數(shù)據(jù)作出圖像如圖乙所示，并測出圖乙中直線斜率為k。已知重力加速度為g。（1）當(dāng)（）時小球做圓錐擺運(yùn)動的角速度；（2）小球的質(zhì)量（用k、L、g表示）；（3）當(dāng)（）時拉力傳感器的示數(shù)為（用k、表示）。【答案】【詳解】（1）[1]設(shè)細(xì)繩與豎直方向的夾角為，以小球?yàn)閷ο螅鶕?jù)牛頓第二定律可得又聯(lián)立解得小球做圓錐擺運(yùn)動的角速度為（2）[2]以小球?yàn)閷ο?，豎直方向根據(jù)受力平衡可得又聯(lián)立可得可知圖像的斜率為解得小球的質(zhì)量為（3）[3]由圖像可得當(dāng)時拉力傳感器的示數(shù)為10．（22-23高一下·江蘇揚(yáng)州·期末）如圖為探究向心力的大小與質(zhì)量、角速度和運(yùn)動半徑之間關(guān)系的實(shí)驗(yàn)裝置。（1）在探究向心力與半徑、質(zhì)量、角速度的關(guān)系時，用到的實(shí)驗(yàn)方法是。A．理想實(shí)驗(yàn)B．等效替代法C．放大法D．控制變量法（2）在探究向心力與半徑的關(guān)系時，應(yīng)將質(zhì)量相同的鋼球分別放在擋板和擋板處（選填“”或“”），將傳動皮帶套在兩塔輪半徑（選填“相同”或“不同”）的輪盤上。（3）若兩鋼球質(zhì)量和運(yùn)動半徑都相同，將皮帶連接在左、右塔輪半徑之比為的輪盤上，實(shí)驗(yàn)中勻速轉(zhuǎn)動手柄時，觀察到左、右標(biāo)尺露出的等分格數(shù)之比約為?！敬鸢浮緿B相同【詳解】（1）[1]探究向心力與半徑、質(zhì)量、角速度的關(guān)系時，每次改變一個變量，控制其他量不變，用到的實(shí)驗(yàn)方法是控制變量法。故選D。（2）[2][3]探究向心力與半徑的關(guān)系時，應(yīng)保證小球質(zhì)量相等，角速度相等，半徑不同，因此質(zhì)量相等的小球分別放在擋板擋板和擋板處，確保半徑不同，將傳動皮帶套在兩塔輪半徑相同的