2025版高考物理全程一輪復習課時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)落實練1．[2024·福建福州質(zhì)量檢測]如圖甲，利用向心力演示器探究做圓周運動的小球，當質(zhì)量、半徑一定時，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)動時，A、C兩處的角速度之比為________．(2)圖甲中標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________．(3)由此實驗，得到的結(jié)論是________________________________________________________________________________________________________________________________________________.2．某同學利用圖甲中所示的DIS向心力實驗器來探究圓周運動向心力的影響因素．實驗時，砝碼隨旋臂一起做圓周運動，其受到的向心力可通過牽引桿由力傳感器測得，旋臂另一端的擋光桿每經(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Fn和擋光時間Δt，換算生成ω.保持砝碼的質(zhì)量和轉(zhuǎn)動半徑不變，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)該同學采用的主要實驗方法為________．A．等效替代法B．控制變量法C．理想化模型法(2)實驗中，某次擋光桿經(jīng)過光電門時的擋光時間為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)動角速度ω的表達式為________．(3)根據(jù)圖乙，得到的實驗結(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，某實驗小組通過如圖甲所示裝置進行實驗．滑塊套在水平桿上，隨水平桿一起繞豎直桿做勻速圓周運動，力傳感器通過一細繩連接滑塊，用來測量向心力F的大小．滑塊上固定一遮光片，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.滑塊隨桿做勻速圓周運動，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)過程中遮光片經(jīng)過光電門時的遮光時間為Δt，則角速度ω＝________；(2)以F為縱坐標，以eq\f(1,Δt2)為橫坐標，可在坐標紙中描出數(shù)據(jù)點作一條如圖乙所示直線，圖線斜率為k，則滑塊的質(zhì)量為________(用k、r、d表示)；圖線不過坐標原點的原因是____________________________．課時分層精練（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）擋板對小球的作用力提供了小球做勻速圓周運動的向心力，同時，小球擠壓擋板的力使擋板另一端壓縮測力套筒的彈簧，壓縮量可從標尺上讀出，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，在實驗誤差允許的范圍內(nèi)，當小球質(zhì)量、半徑一定時，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）在實驗誤差允許的范圍內(nèi)，當小球質(zhì)量、半徑一定時，所需向心力的大小F與角速度ω的平方成正比2．解析：（1）實驗中保持砝碼的質(zhì)量和轉(zhuǎn)動半徑不變，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