2025屆新高考物理熱點(diǎn)沖刺復(fù)習(xí) 實(shí)驗(yàn) 探究向心力的表達(dá)式

2025屆新高考物理熱點(diǎn)沖刺復(fù)習(xí)

實(shí)驗(yàn)

探究向心力大小的表達(dá)式知識(shí)回顧【課程標(biāo)準(zhǔn)】對(duì)本章的要求

實(shí)驗(yàn)五：探究平拋運(yùn)動(dòng)的規(guī)律實(shí)驗(yàn)六：探究勻速圓周運(yùn)動(dòng)向心力大小與半徑、角速度、質(zhì)量的關(guān)系知識(shí)回顧一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?．定性分析向心力的大小與什么因素有關(guān)。2．學(xué)會(huì)使用向心力演示儀。3．探究向心力大小與半徑、角速度和質(zhì)量的定量關(guān)系。知識(shí)回顧二、實(shí)驗(yàn)儀器知識(shí)回顧三、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

采用控制變量法(1)在小球的質(zhì)量和角速度不變的條件下，改變小球做圓周運(yùn)動(dòng)的半徑。(2)在小球的質(zhì)量和圓周運(yùn)動(dòng)的半徑不變的條件下，改變小球的角速度。(3)換用不同質(zhì)量的小球，在角速度和半徑不變的條件下，重復(fù)上述操作。四、數(shù)據(jù)處理

分別作出Fn－ω2、Fn－r、Fn－m的圖像，分析向心力與角速度、半徑、質(zhì)量之間的關(guān)系，并得出結(jié)論。五、實(shí)驗(yàn)結(jié)論F∝mω2r【2024海南】水平圓盤(pán)上緊貼邊緣放置一密度均勻的小圓柱體，如圖（a）所示，圖（b）為俯視圖，測(cè)得圓盤(pán)直徑D=42.02cm，圓柱體質(zhì)量

m=30.0g，圓盤(pán)繞過(guò)盤(pán)心O1的豎直軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)小圓柱體相對(duì)圓盤(pán)靜止。

為了研究小圓柱體做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)所需要的向心力情況，某同學(xué)設(shè)計(jì)了如下實(shí)驗(yàn)步驟：

(1)用秒表測(cè)圓盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)10周所用的時(shí)間t=62.8s，則圓盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度

ω=

rad/s（π取3.14）1【2024海南】水平圓盤(pán)上緊貼邊緣放置一密度均勻的小圓柱體，如圖（a）所示，圖（b）為俯視圖，測(cè)得圓盤(pán)直徑D=42.02cm，圓柱體質(zhì)量m=30.0g，圓盤(pán)繞過(guò)盤(pán)心O1的豎直軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)小圓柱體相對(duì)圓盤(pán)靜止。

(2)用游標(biāo)卡尺測(cè)量小圓柱體不同位置的直徑，某次測(cè)量的示數(shù)如圖（c）所示，該讀數(shù)d=

mm，多次測(cè)量后，得到平均值恰好與d相等。

(3)寫(xiě)出小圓柱體所需向心力表達(dá)式F=

（用D、m、ω、d表示），其大小為

N（保留2位有效數(shù)字）16.2

6.1×10-3【2023浙江1月】“探究向心力大小的表達(dá)式”實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示。

①采用的實(shí)驗(yàn)方法是（

）;

A.控制變量法

B.等效法

C.模擬法

②在小球質(zhì)量和轉(zhuǎn)動(dòng)半徑相同的情況下,逐漸加速轉(zhuǎn)動(dòng)手柄到一定速度后保持勻速轉(zhuǎn)動(dòng)。此時(shí)左右標(biāo)尺露出的紅白相間等分標(biāo)記的比值等于兩小球的

之比(填“線速度大小”“角速度平方”或“周期平方”);在加速轉(zhuǎn)動(dòng)手柄過(guò)程中,左右標(biāo)尺露出紅白相間等分標(biāo)記的比值

（填“不變”“變大”或“變小”)。A角速度平方不變

【例1】如圖是向心力演示儀的示意圖，長(zhǎng)槽4、短槽5和左右塔輪2和3分別固定在一起。勻速轉(zhuǎn)動(dòng)手柄1，通過(guò)皮帶帶動(dòng)左、右兩個(gè)變速塔輪2和3隨之勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，放在長(zhǎng)槽和短槽內(nèi)小球?qū)⒃谒矫鎯?nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。圖中橫臂6對(duì)小球的彈力提供小球做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力，同時(shí)由于橫臂的彈力也使測(cè)力套筒7下降，從而露出標(biāo)尺，標(biāo)尺8上露出的紅白相間等分格子的多少可以顯示出兩個(gè)球所受向心力的大小(標(biāo)尺最多可以露出7格)。已知小球放在A1和B兩個(gè)位置時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)半徑相同，放在A1和A2兩個(gè)位置時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)半徑之比為1∶2，通過(guò)調(diào)節(jié)皮帶的位置，可以給左、右兩個(gè)塔輪提供三個(gè)擋位：即轉(zhuǎn)速比分別是1∶1、1∶2和1∶3。

(1)應(yīng)使用____________(選填“等效替代法”“控制變量法”或“類比法”)來(lái)探究影響向心力大小的因素?？刂谱兞糠?/p>

【例1】(2)在探究向心力與質(zhì)量的關(guān)系時(shí)，選用轉(zhuǎn)速比為1∶1的擋位，兩個(gè)不同質(zhì)量的小球分別放在擋板B和擋板________(選填“A1”或“A2”)處。

(3)在探究向心力與角速度的關(guān)系時(shí)，在選取轉(zhuǎn)速比為1∶3的擋位時(shí)，由于標(biāo)尺露出的格數(shù)有限，無(wú)法觀察到1∶9的格數(shù)比。根據(jù)(2)問(wèn)中探究得到的向心力與質(zhì)量成正比的結(jié)果，可以選用質(zhì)量比為3∶1的小球，這樣當(dāng)觀察到標(biāo)尺露出紅白相間的等分格數(shù)之比為_(kāi)_______時(shí)，就可以說(shuō)明向心力與角速度的平方成正比。A11:3【例2】如圖甲所示，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)，所需向心力大小F與角速度ω之間關(guān)系。

(1)如圖乙所示，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_____________________________。1:21:4當(dāng)質(zhì)量、半徑一定時(shí)，所需向心力大小F與角速度的平方ω2成正比關(guān)系【例3】物理創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)研究小組用步進(jìn)電機(jī)、圓盤(pán)、小物塊、手機(jī)等制作了圓周運(yùn)動(dòng)綜合探究平臺(tái)，探究圓周運(yùn)動(dòng)中向心力、向心加速度等各個(gè)物理量之間的關(guān)系。

(1)手機(jī)內(nèi)部自帶加速度傳感器，可測(cè)量向心加速度大小與方向，規(guī)定x、y、z三個(gè)方向的正方向如圖甲所示。某同學(xué)站在轉(zhuǎn)臺(tái)上將手水平伸直，以不同朝向拿著手機(jī)，以自己身體為軸旋轉(zhuǎn)，某段時(shí)間內(nèi)測(cè)得y軸方向加速度時(shí)間圖像如圖乙所示，x、z軸方向加速度為零，則該同學(xué)可以是________(填選項(xiàng)前的字母)。

A．將手機(jī)豎起，手機(jī)屏幕正對(duì)自己旋轉(zhuǎn)

B.手機(jī)平放在手掌上，屏幕朝上，讓底邊對(duì)著自己旋轉(zhuǎn)

C.手機(jī)平放在手掌上，屏幕朝上，讓側(cè)邊對(duì)著自己旋轉(zhuǎn)B【例3】(2)為了測(cè)加速度傳感器在手機(jī)中位置，該同學(xué)如圖丙所示將手機(jī)沿徑向平放固定在圓盤(pán)上，底邊正對(duì)圓盤(pán)轉(zhuǎn)軸，讓步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)圓盤(pán)旋轉(zhuǎn)，手機(jī)的加速度、角速度等值可通過(guò)手機(jī)appphyphox讀取，由an－ω2的圖像獲得斜率為k(使用國(guó)際單位)，再用刻度尺測(cè)量手機(jī)底邊到轉(zhuǎn)軸的長(zhǎng)度d，如圖丙，則d＝_

__

_____m。手機(jī)內(nèi)部加速度傳感器到手機(jī)底邊的長(zhǎng)度為_(kāi)

_______(用題目所給的物理量表示)。

0.1015～0.1017k-d【例3】(2)為了測(cè)加速度傳感器在手機(jī)中位置，該同學(xué)如圖丙所示將手機(jī)沿徑向平放固定在圓盤(pán)上，底邊正對(duì)圓盤(pán)轉(zhuǎn)軸，讓步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)圓盤(pán)旋轉(zhuǎn)，手機(jī)的加速度、角速度等值可通過(guò)手機(jī)appphyphox讀取，由an－ω2的圖像獲得斜率為k(使用國(guó)際單位)，再用刻度尺測(cè)量手機(jī)底邊到轉(zhuǎn)軸的長(zhǎng)度d，如圖丙，則d＝________m。手機(jī)內(nèi)部加速度傳感器到手機(jī)底邊的長(zhǎng)度為_(kāi)

_______(用題目所給的物理量表示)。

(3)手機(jī)中有光照傳感器，用手電筒在圓盤(pán)固定位置打光，手機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)記錄光照強(qiáng)度周期性變化如圖丁所示，則手機(jī)旋轉(zhuǎn)的周期為_(kāi)_______s(保留2位小數(shù))。測(cè)得手機(jī)的質(zhì)量為m，周期為T(mén)，手機(jī)視為質(zhì)點(diǎn)，手機(jī)到轉(zhuǎn)軸的距離為r，可求得向心力Fn＝______(用題目所給的物理量表述)。0.1015～0.1017k-d2.03

偏小鋼球的質(zhì)量m和軌道半徑r【例5】某同學(xué)用如圖甲所示的裝置研究圓周運(yùn)動(dòng)的向心力與線速度的關(guān)系。細(xì)線的一端系住鋼球，另一端連接在固定于鐵架臺(tái)上端的力傳感器上，直徑遠(yuǎn)小于細(xì)線長(zhǎng)度的鋼球靜止于A點(diǎn)，將光電門(mén)固定在A的正下方，鋼球底部豎直地粘住一片輕質(zhì)遮光條。

(1)如圖乙所示，用游標(biāo)卡尺測(cè)得遮光條寬度x＝________mm。4.20【例5】(2)將鋼球拉至不同位置由靜止釋放，讀出鋼球經(jīng)過(guò)A點(diǎn)時(shí)力傳感器的讀數(shù)F及光電門(mén)的遮光時(shí)間Δt，并算出經(jīng)過(guò)A點(diǎn)時(shí)鋼球的速度的平方值，記錄數(shù)據(jù)如下：

請(qǐng)根據(jù)表中數(shù)據(jù)在圖丙中描點(diǎn)，其中有5個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)已描出，請(qǐng)補(bǔ)全第5個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，并作出向心力Fn與線速度平方v2的關(guān)系圖像。

(3)根據(jù)數(shù)據(jù)和圖像，得到的實(shí)驗(yàn)結(jié)論是：

______________________________________。說(shuō)明在鋼球的質(zhì)量和細(xì)線的長(zhǎng)度一定的情況下，在誤差允許的范圍內(nèi)圓周運(yùn)動(dòng)的向心力大小與線速度的平方成正比。1.某物理興趣小組為了驗(yàn)證向心力公式，設(shè)計(jì)了如圖所示的裝置：給待測(cè)物體一個(gè)初速度，使它在水平桌面上做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，細(xì)線與桌面小孔之間的摩擦力、物體與桌面間的摩擦力均可以忽略。已知物體的質(zhì)量為m，彈簧的勁度系數(shù)為k。興趣小組擁有的測(cè)量工具為刻度尺和秒表。

(1)實(shí)驗(yàn)時(shí)需要測(cè)量的物理量有________、________

和________(寫(xiě)出描述物理量的文字和符號(hào))。

(2)驗(yàn)證的向心力公式是________。

(用題中所給的字母表示)物體在水平桌面上轉(zhuǎn)動(dòng)一周所用的時(shí)間T物體在水平桌面上做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的半徑r彈簧的伸長(zhǎng)量x

2.某實(shí)驗(yàn)小組用如圖甲所示的裝置探究向心力大小與周期、半徑之間的關(guān)系，輕繩一端系著小球，另一端固定在豎直桿上的力傳感器上，小球套在光滑水平桿上。水平桿在電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)下可以在水平面內(nèi)繞豎直桿勻速轉(zhuǎn)動(dòng)。已知小球質(zhì)量為m，小球做圓周運(yùn)動(dòng)的半徑為r，電子計(jì)數(shù)器可記錄桿做圓周運(yùn)動(dòng)的圈數(shù)n，用秒表記錄小球轉(zhuǎn)動(dòng)n圈的時(shí)間為t。

(1)若保持小球運(yùn)動(dòng)半徑不變，僅減小運(yùn)動(dòng)周期，小球

受到的拉力將________；若保持小球運(yùn)動(dòng)的周期不變，

僅減小運(yùn)動(dòng)半徑，小球受到的拉力將________。(以上

兩空均選填“變大”“變小”或“不變”)

變大變小

①3.如圖甲所示的是某興趣小組設(shè)計(jì)的驗(yàn)證向心力大小表達(dá)式的實(shí)驗(yàn)裝置。在O處固定一力傳感器，其下方用細(xì)線懸掛一所受重力為G0的小球，在小球靜止的最低點(diǎn)A處固定一光電門(mén)。(含有數(shù)據(jù)采集器及配套設(shè)施的光電門(mén)和力傳感器均未畫(huà)出)實(shí)驗(yàn)時(shí)，首先用刻度尺測(cè)出小球靜止時(shí)懸點(diǎn)O到球心的距離L，然后將小球從最低點(diǎn)A處拉升到一定高度后(保持細(xì)線繃緊)由靜止釋放。釋放后，小球做(部分)圓周運(yùn)動(dòng)，當(dāng)小球運(yùn)動(dòng)到A處時(shí)采集一組數(shù)據(jù)：力傳感器的示數(shù)F和小球通過(guò)光電門(mén)的遮光時(shí)間Δt。之后每隔10到15s采集一組F、Δt的數(shù)據(jù)，共采集6～10組。改變小球做圓周運(yùn)動(dòng)的半徑L，重復(fù)上述步驟。根據(jù)采集的數(shù)據(jù)，作出的圖像如圖乙所示。

(1)圖乙是以________為縱坐標(biāo)作出的(用已知量和測(cè)量量的字母表示)。F－G03.(2)根據(jù)圖乙中的任意一條圖線均可得到：做圓周運(yùn)動(dòng)的物體，當(dāng)質(zhì)量和________一定時(shí)，向心力的大小與線速度或角速度的平方成正比。

(3)若在圖乙中橫坐標(biāo)上取某一值，圖乙中的每一條圖線對(duì)應(yīng)的縱坐標(biāo)的值與相應(yīng)的半徑的________(選填“乘積”或“比值”)相等，則可得：做圓周運(yùn)動(dòng)的物體，當(dāng)質(zhì)量和線速度的大小一定時(shí)，向心力的大小與半徑成反比。

(4)實(shí)驗(yàn)中，每次改變小球做圓周運(yùn)動(dòng)的半徑L后，小球由靜止釋放的位置距最低點(diǎn)的高度________。

A．必須相同

B．必須不同

C．可以相同，也可以不同半徑乘積C3．某同學(xué)用如圖甲所示的裝置與傳感器結(jié)合，探究向心力大小的表達(dá)式。實(shí)驗(yàn)時(shí)用手撥動(dòng)擋光桿旋臂使其做圓周運(yùn)動(dòng)，力傳感器和光電門(mén)固定在實(shí)驗(yàn)裝置上，測(cè)量角速度和向心力。

(1)測(cè)得擋光桿的寬度為1mm，擋光