物理科实作试题一测定向心力与周期及旋转半径关系
探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系(考点复习)-2025高考物理九大力学实验考点复习+对点训练
参考答案：
【详解】（1）探究向心力的大小与小球质量 m、角速度 和半径 r 之间的关系，采用的实验 方法是控制变量法。
A．探究两个互称角度的力的合成规律，采用的实验方法是等效替代法，故 A 错误； B．探究平抛运动的特点，采用的实验方法是用曲化直的方法，故 B 错误； C．探究加速度与物体受力、物体质量的关系，采用的实验方法是控制变量法，故 C 正确。 故选 C。 （2）在某次实验中，把两个质量相等的钢球放在 B、C 位置，探究向心力的大小与半径的 关系，则应控制两小球的角速度相同，需要将传动皮带调至第一层塔轮。 （3）在另一次实验中，把两个质量相等的钢球放在 A、C 位置，则两小球做圆周运动的半 径相同，传动皮带位于第二层，由于左右塔轮边缘线速度大小相等，根据
(1)测得挡光杆的宽度为 1mm，挡光杆通过光电门的时间为 2103 s ，则挡光杆通过光电门
的速度大小为
m/s，挡光杆到转轴的距离为 0.20m，则挡光杆转动的角速度大小为
rad/s。（结果均保留两位有效数字）
(2)图乙中①②两条曲线为相同半径、不同质量下向心力与角速度的关系图线，由图乙可知，
与曲线①相比，曲线②对应的砝码质量
实验六 探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系
====================近三年真题考查分布====================
年份 试卷 分值 难度
2024 海南卷 12 分 ★☆☆
2023 无
无无
2022 无
无无
====================实验讲解====================
====================创新实验====================
高考物理一轮复习专项练习—实验6：探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系(含解析)
高考物理一轮复习专项练习—实验6：探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系（含解析）1．如图所示为向心力演示装置，匀速转动手柄1，可以使变速塔轮2和3以及长槽4和短槽5随之匀速转动，槽内的小球也随着做匀速圆周运动．使小球做匀速圆周运动的向心力由横臂6的挡板(即挡板A、B、C)对小球的压力提供．球对挡板的反作用力通过横臂的杠杆作用使弹簧测力套筒7下降，从而露出标尺8.根据标尺8上露出的红白相间等分标记，可以粗略计算出两个球做圆周运动所需的向心力的比值．利用此装置可以探究做匀速圆周运动的物体需要的向心力的大小与哪些因素有关．已知小球在挡板A、B、C处做圆周运动的轨迹半径之比为1∶2∶1.(1)要探究向心力与轨道半径的关系时，把皮带套在左、右两个塔轮的半径相同的位置，把两个质量________(选填“相同”或“不同”)的小球放置在挡板________和挡板________位置(选填“A”“B”或“C”)．(2)把两个质量不同的小球分别放在挡板A和C位置，皮带套在左、右两个塔轮的半径之比为1∶2，则放在挡板A处的小球与C处的小球角速度大小之比为________．(3)把两个质量相同的小球分别放在挡板B和C位置，皮带套在左、右两边塔轮的半径之比为3∶1，则转动时左、右标尺上露出的红白相间的等分格数之比为________．2．(2023·山东泰安市模拟)为探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系，小明按图甲装置进行实验，物块放在平台卡槽内，平台绕轴转动，物块做匀速圆周运动，平台转速可以控制，光电计时器可以记录转动快慢．(1)为了探究向心力与角速度的关系，需要控制__________保持不变，小明由计时器测转动的周期T，计算ω2的表达式是____________．(2)小明按上述实验将测算得的结果用作图法来处理数据，如图乙所示，纵轴F为力传感器读数，横轴为ω2，图线不过坐标原点的原因是__________________，用电子天平测得物块质量为1.50kg，直尺测得半径为50.00cm，图线斜率为__________kg·m(结果保留两位有效数字)．3．(2023·山东烟台市模拟)某同学为了测量当地的重力加速度，设计了一套如图甲所示的实验装置．拉力传感器竖直固定，一根不可伸长的细线上端固定在传感器的固定挂钩上，下端系一小钢球，钢球底部固定有遮光片，在拉力传感器的正下方安装有光电门，钢球通过最低点时遮光片恰能通过光电门．小明同学进行了下列实验步骤：(1)用游标卡尺测量遮光片的宽度d，如图乙所示，则d＝____________mm；(2)用游标卡尺测量小钢球的直径为D，用刻度尺测量小钢球到悬点的摆线长为l；(3)拉起小钢球，使细线与竖直方向成不同角度，小钢球由静止释放后均在竖直平面内运动，记录遮光片每次通过光电门的遮光时间Δt和对应的拉力传感器示数F；(4)根据记录的数据描绘出如图所示的F－1图像，已知图像与纵轴交点为a，图像斜率为k，(Δt)2则通过以上信息可求出当地的重力加速度表达式为g＝____________(用题目中所给物理量的符号表示)；(5)如果在实验过程中所系的细线出现松动，则根据实验数据求出的当地重力加速度g的值比实际值________(选填“偏大”“偏小”或“不变”)．4．(2023·重庆市第八中学高三检测)小明同学为探究向心力F与线速度v的关系，用如图所示的实验装置完成实验．其中质量为m的小圆柱体放在未画出的水平光滑圆盘上，沿图中虚线做匀速圆周运动．力电传感器测定圆柱体的向心力，光电传感器测定线速度，轨迹的半径为r.实验过程中保持圆柱体质量和运动半径不变．(1)该同学采用的实验方法为________．A．等效替代法B．理想化模型法C．控制变量法(2)改变线速度v，并进行多次测量，该同学测出了五组F、v数据，如下表所示：v/(m·s－1) 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0F/N0.88 1.98 3.50 5.507.90该同学利用实验数据作出了以下四个图像，其中能较为直观地展示向心力F与线速度v关系的图像是________．(3)根据图像分析的结果，小明可以得到实验结论________________________________．5．某同学设计了用如图所示装置探究向心力与质量、半径关系的实验．水平杆光滑，竖直杆与水平杆铰合在一起，互相垂直，绕过定滑轮的细线两端分别与物块和力传感器连接．(1)探究向心力与质量关系时，让物块1、2的质量不同，测出物块1、2的质量分别为m1、m2，保持__________________相同，转动竖直杆，测出不同角速度下两力传感器的示数F1、F2，测出多组F1、F2，作出F1－F2图像，如果作出的图像是过原点的直线，且图像的斜率等于________，则表明在此实验过程中向心力与质量成正比．(2)探究向心力与半径关系时，让物块1、2的________相同，测出物块1和物块2到竖直杆的距离分别为r1、r2，转动竖直杆，测出不同角速度下两力传感器的示数F1、F2，测出多组F1、F2，作出F1－F2图像，如果作出的图像是过原点的直线，且图像的斜率等于________，则表明在此实验过程中向心力与半径成正比．答案及解析1．(1)相同C B(或者B C)(2)2∶1(3)2∶9解析(1)探究向心力与轨道半径的关系时，根据F n＝mω2r，采用控制变量法，应使两个相同质量的小球放在不同半径挡板处，以相同角速度运动，因此将质量相同的小球分别放在B和C处．(2)皮带套在左、右两个塔轮的半径之比为1∶2，两个塔轮边缘处的线速度大小相等，根据v ＝ωr可知，角速度与半径成反比，所以放在挡板A处的小球与C处的小球角速度大小之比为2∶1.(3)把两个质量相同的小球分别放在挡板B和C位置，则两小球的转动半径关系为r1∶r2＝2∶1，皮带套在左、右两边塔轮的半径之比为3∶1，两个塔轮边缘处的线速度大小相等，根据v＝ωr可知，角速度与半径成反比，所以放在挡板B处的小球与C处的小球角速度大小之比为1∶3，即ω1∶ω2＝1∶3，根据F n＝mω2r可知，两小球做圆周运动所需的向心力之比为F1∶F2＝2∶9，则转动时左、右标尺上露出的红白相间的等分格数之比为2∶9.2．(1)质量和半径ω2＝4π2T2(2)存在摩擦力的影响0.75解析(1)由向心力公式F n＝mω2r可知，探究向心力和角速度的关系，保持质量和半径不变，根据ω＝2πT，可得ω2＝4π2T2.(2)实际表达式为F＋F f＝mω2r，图线不过坐标原点的原因是存在摩擦力的影响．斜率为k＝mr＝0.75kg·m.3．(1)12.35(4)2ad2k(D＋2l)(5)偏大解析(1)遮光片的宽度为d＝12mm＋7×0.05mm＝12.35mm.(4)在最低点，根据牛顿第二定律得F－mg＝m v2r＝m (dΔt)2D2＋l，解得F＝2md2D＋2l(1Δt)2＋mg，则有2md2D＋2l＝k ，a ＝mg ，所以有g ＝a m ＝2ad 2k (D ＋2l ).(5)如果在实验过程中所系的细线出现松动，则摆长真实值变大，则根据实验数据求出的当地重力加速度g 的值比实际值偏大．4．(1)C (2)B(3)在质量和轨迹半径一定的情况下，向心力F 与线速度v 的平方成正比解析(1)探究向心力与质量、半径和线速度的关系时，为了只研究向心力与速度的关系，应采用控制变量法，故选C.(2)根据F ＝mv 2r 可知F －v 2的图像是一条过原点的倾斜直线，在四幅题图中最为直观，故选B.(3)在质量和轨迹半径一定的情况下，向心力F 与线速度v 的平方成正比．5．(1)物块到竖直杆距离m 1m 2(2)质量r 1r 2解析(1)探究向心力与质量关系时，让物块1、2的质量不同，保持物块到竖直杆的距离相同，转动竖直杆，测出不同角速度下两力传感器的示数F 1、F 2，测出多组F 1、F 2，作出F 1－F 2图像，由F ＝mrω2可知，F 1F 2＝m 1m 2，因此如果作出的图像是过原点的直线，且图像的斜率等于m 1m 2，则表明在此实验过程中向心力与质量成正比．(2)探究向心力与半径关系时，让物块1、2的质量相同，测出物块1和物块2到竖直杆的距离分别为r 1、r 2，转动竖直杆，测出不同角速度下两力传感器的示数F 1、F 2，测出多组F 1、F 2，作出F 1－F 2图像，由F ＝mrω2可知，F 1F 2＝r 1r 2，如果作出的图像是过原点的直线，且图像的斜率等于r 1r 2，则表明在此实验过程中向心力与半径成正比．。
2024届高考物理一轮复习：实验：探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系
第四章曲线运动实验：探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系【考点预测】1.研究向心力大小与半径、角速度、质量的关系的目的、原理、器材2.研究向心力大小与半径、角速度、质量的关系的步骤、数据处理3. 研究向心力大小与半径、角速度、质量的关系的注意事项、误差分析【方法技巧与总结】探究方案一感受向心力1．实验原理如图1所示，在绳子的一端拴一个小沙袋(或其他小物体)，另一端握在手中．将手举过头顶，使沙袋在水平面内做匀速圆周运动，此时沙袋所受的向心力近似等于手通过绳对沙袋的拉力．图12．实验步骤(1)在小物体的质量和角速度不变的条件下，改变小物体做圆周运动的半径进行实验，比较向心力与半径的关系．(2)在小物体的质量和做圆周运动的半径不变的条件下，改变小物体的角速度进行实验，比较向心力与角速度的关系．(3)换用不同质量的小物体，在角速度和半径不变的条件下，重复上述操作，比较向心力与质量的关系．3．实验结论：半径越大，角速度越大，质量越大，向心力越大．探究方案二用向心力演示器定量探究1．实验思路本实验探究了向心力与多个物理量之间的关系，因而实验方法采用了控制变量法，如图所示，匀速转动手柄，可以使塔轮、长槽和短槽匀速转动，槽内的小球也就随之做匀速圆周运动，此时小球向外挤压挡板，挡板对小球有一个向内的(指向圆周运动圆心)的弹力作为小球做匀速圆周运动的向心力，可以通过标尺上露出的红白相间等分标记，粗略计算出两球所需向心力的比值．在实验过程中可以通过两个小球同时做圆周运动对照，分别分析下列情形：(1)在质量、半径一定的情况下，探究向心力大小与角速度的关系．(2)在质量、角速度一定的情况下，探究向心力大小与半径的关系．(3)在半径、角速度一定的情况下，探究向心力大小与质量的关系．2．实验器材向心力演示器、质量不等的小球．3．实验过程(1)分别将两个质量相等的小球放在实验仪器的两个小槽中，且小球到转轴(即圆心)距离相同即圆周运动半径相同．将皮带放置在适当位置使两转盘转动，记录不同角速度下的向心力大小(格数)．(2)分别将两个质量相等的小球放在实验仪器的长槽和短槽两个小槽中，将皮带放置在适当位置使两转盘转动角速度相等、小球到转轴(即圆心)距离不同即圆周运动半径不等，记录不同半径的向心力大小(格数)．(3)分别将两个质量不相等的小球放在实验仪器的两个小槽中，且小球到转轴(即圆心)距离相同即圆周运动半径相等，将皮带放置在适当位置使两转盘转动角速度相等，记录不同质量下的向心力大小(格数)．4．数据处理分别作出F n－ω2、F n－r、F n－m的图像，分析向心力大小与角速度、半径、质量之间的关系，并得出结论．5．注意事项摇动手柄时应力求缓慢加速，注意观察其中一个标尺的格数．达到预定格数时，即保持转速恒定，观察并记录其余读数．【题型归纳目录】题型一：教材原型实验题型二：探索创新实验题型三：光电门法题型四：传感器法【题型一】教材原型实验【典型例题】例1．如图甲所示是“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。
高一物理暑假作业-探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系
高_物理暑假作业■探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系_、实验题供99分)探究做匀速圆周运动的物体所需的向心力的大小与质量、角速度和半径之间关系的实验装置如图所示。
转动手柄使长槽和短槽分别随变速塔轮匀速转动，槽内的球做匀速圆周运动。
横臂的挡板对球的压力提供了向心力，球对挡板的反作用力通过横臂的杠杆作用使弹簧测力筒下降，从而露出标尺，标尺上的红白相间的等分格就能得到两个球所受向心力的比值。
(1)若探究的是向心力与半径之间的关系，必须保持小球的、相同，这里用到的实验方法是(2)某次实验中，探究的是向心力与质量之间的关系，左、右两边露出的标尺分别是1格和3格，贝I左、右两边所放小球的质量之比为用如图甲所示的装置探究影响向心力大小的因素。
已知小球在槽中A、8、。
位置做圆周运动的轨迹半径之比为1： 2：1,变速塔轮自上而下按如图乙所示三种方式进行组合，每层半径之比由上至下分别为1：1、2：1和3: 1.(1)在这个实验中，利用了来探究向心力的大小F与小球质量初、角速度口和半径尸之间的关系。
A.理想实验法B.等效替代法C.控制变量法(2)在探究向心力大小与半径的关系时，为了控制角速度相同需要将传动皮带调至第(填“一”“二”或“三")层塔轮，然后将两个质量相等的钢球分别放在（填"A和8〃"A和C"或“8和C"）位置;（3）在探究向心力大小与角速度的关系时，若将传动皮带调至图乙中的第三层，转动手柄，则左右两小球的角速度之比为o为了更精确探究向心力大小尸与角速度3的关系，采用接有传感器的自制向心力实验仪进行实验，测得多组数据经拟合后得到尸一^图像如图丙所示，由此可得的实验结论是O某同学利用如图所示的装置来探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系。
两个变速塔轮通过皮带连接，调节装置，转动手柄，使长槽和短槽分别随变速塔轮在水平面内匀速转动，槽内的钢球做匀速圆周运动。
高考物理2024届一轮复习重点训练- 专题68实验：探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系
专题68实验：探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系实验题：1．用如图所示的装置可以探究做匀速圆周运动的物体需要的向心力的大小与哪些因素有关。
（1）本实验采用的科学方法是。
A．控制变量法B．累积法C．微元法D．放大法（2）通过本实验可以得到的结果是。
A．在质量和半径一定的情况下，向心力的大小与角速度成正比B．在质量和半径一定的情况下，向心力的大小与线速度的大小成正比C．在半径和角速度一定的情况下，向心力的大小与质量成正比D．在质量和角速度一定的情况下，向心力的大小与半径成反比（3）如图所示，在验证向心力公式的实验中，质量相同的钢球①、①分别放在A盘和B盘的边缘，A、B 两盘的半径之比为2①1，a、b分别是与A盘、B盘同轴的轮，a轮、b轮半径之比为1①2，当a、b两轮在同一皮带带动下匀速转动时，钢球①、①受到的向心力之比为( )A．2①1B．4①1C．1①4D．8①12．某实验小组利用如图所示的装置进行“探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系”实验。
转动手柄可使塔轮、长槽和短槽随之匀速转动。
塔轮至上而下有三层，每层左、右半径比分别是1①1、2①1和3①1.左、右塔轮通过皮带连接，并可通过改变皮带所处层来改变左、右塔轮的角速度之比。
实验时，将两个小球分别放在短槽C处和长槽的A．（或B）处，A、C到左、右塔轮中心的距离相等，两个小球随塔轮做匀速圆周运动，向心力大小关系可由标尺露出的等分格的格数判断。
（1）在探究向心力与半径、质量、角速度的关系时，用到的实验方法是( )A．理想实验B．等效替代法C．微元法D．控制变量法（2）探究向心力F与半径r的关系时，应将质量相同的小球分别放在挡板C和挡板处（选填“A”或“B”），将传动皮带套在两塔轮半径（选填“相同”或“不同”）的轮盘上。
（3）如图所示，两钢球质量和运动半径都相同若将皮带连接在左、右塔轮半径之比为2①1的塔轮上，实验中匀速转动手柄时，左右两边塔轮的角速度之比为，当左边标尺露出1个等分格时右边标尺露出4个等分格，则实验说明做匀速圆周运动的物体，在质量和转动半径一定时，。
高三物理实验复习探究向心力大小和半径角速度质量的关系习题选编 含答案
实验：探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系习题选编2v2rmωmF1F后，分学习小组进行实验探究向心力。
同学们用和＝、某班同学在学习了向心力的公式＝r(30 mL)()，来感受向心的水如图乙所示细绳系一纸杯在空中甩动，使纸杯在水平面内做圆周运动杯中有力。
(1)________。
下列说法中正确的是A．保持质量、绳长不变，增大转速，绳对手的拉力不变B．保持质量、绳长不变，增大转速，绳对手的拉力增大C．保持质量、角速度不变，增大绳长，绳对手的拉力不变D．保持质量、角速度不变，增大绳长，绳对手的拉力增大B80 cm(2)40 cm A,，学习小组中一位同学用手表计时，另如图甲所示，绳离杯心处打一结点处打一结点一位同学操作，其余同学记录实验数据。
A，使杯在水平方向每秒运动一周，体会向心力的大小。
操作一：手握绳结B，使杯在水平方向每秒运动一周，体会向心力的大小。
操作二：手握绳结A，使杯在水平方向每秒运动两周，体会向心力的大小。
操作三：手握绳结30 mL A的水，使杯在水平方向每秒运动一周，体会向心力的大小。
操作四：手握绳结，再向杯中添①操作二与一相比较：质量、角速度相同，向心力的大小与转动半径大小有关；操作三与一相比较：质量、半径相同，向心力的大小与角速度的大小有关；________________有关；相同，向心力大小与操作四与一相比较：________法。
②物理学中这种实验方法叫“感觉手腕发酸，感觉力不是指向圆心的向心力而③小组总结阶段，在空中甩动纸杯的同学谈感受时说：________”。
，你认为该同学的说法正确吗？答：是背离圆心的离心力，跟书上说的不一样)BD 不正确，见解析质量大小角速度、半径控制变量【答案】2v2?mrF?mF?2，某同学设计了一个实验来感受向心力。
如图甲所示，用一根细绳、根据公式和向向r BA40cm80cm。
将此装置放在光（可视为轻绳）一端拴一个小物体，绳上离小物体处标为点，处标为点滑水平桌面上（如图乙所示）抡动细绳，使小物体做匀速圆周运动，请另一位同学帮助用秒表计时。
2024届高考物理微专题：探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系
微专题31实验：探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系1．实验原理：F n＝m v2r＝mω2r.2.实验方法：控制变量法．1.用如图所示的装置可以探究做匀速圆周运动的物体需要的向心力的大小与哪些因素有关．(1)本实验采用的科学方法是________．A．控制变量法B．累积法C．微元法D．放大法(2)图示情景正在探究的是________．A．向心力的大小与半径的关系B．向心力的大小与线速度大小的关系C．向心力的大小与角速度大小的关系D．向心力的大小与物体质量的关系(3)通过本实验可以得到的结论是________．A．在质量和半径一定的情况下，向心力的大小与角速度成正比B．在质量和半径一定的情况下，向心力的大小与线速度的大小成正比C．在半径和角速度一定的情况下，向心力的大小与质量成正比D．在质量和角速度一定的情况下，向心力的大小与半径成反比答案(1)A(2)D(3)C解析(1)探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系，要采用控制变量法探究，故正确选项为A.(2)实验中，两小球的种类不同，则是保持两小球的转动半径、转动的角速度相同，探究向心力的大小跟物体质量的关系，故正确选项为D.(3)在物体做圆周运动的半径和角速度相同的情况下，向心力的大小跟物体质量成正比，故正确选项为C.2．“探究向心力的大小与质量、角速度、半径的关系”的实验装置如图甲所示．两个变速塔轮通过皮带连接，俯视图如图乙所示，图乙中a、b对应变速塔轮上的两个轮，半径分别为R a和R b.选变速塔轮上不同的轮可以改变R a、R b的大小．长槽A和短槽B分别与a轮、b轮同轴固定，质量分别为m1、m2的钢球1、2放在槽的边缘，它们到各自转轴的距离之比为2∶1.实验中，均匀转动手柄带动a轮转动，再通过皮带带动b轮转动，钢球随之做匀速圆周运动，最后从标尺上读出两个钢球所受向心力F1、F2的比值．根据实验记录的数据可以得出实验结论：质量与半径不变时，向心力的大小与角速度的平方成正比．m1、m2的比值R a、R b的比值F1、F2的比值11∶11∶2①21∶12∶1②将表格中的数据补充完整：①＝________；②＝________.答案8∶11∶2解析两钢球做圆周运动的半径之比r1∶r2＝2∶1，对a、b两轮由v＝ωR可知，a、b两轮的半径之比等于角速度之比的倒数，由F＝mω2r可求出①＝8∶1，②＝1∶2.3．一物理兴趣小组利用学校实验室的数字实验系统探究物体做圆周运动时向心力与角速度、半径的关系．(1)首先，他们让一砝码做半径r为0.08m的圆周运动，数字实验系统通过测量和计算得到若干组向心力F和对应的角速度ω如表中所示．请你根据表中的数据在图甲上绘出F－ω的关系图像；实验序号12345678F/N 2.42 1.90 1.430.970.760.500.230.06ω/(rad·s－1)28.825.722.018.015.913.08.5 4.3(2)通过对图像的观察，兴趣小组的同学猜测F与ω2成正比．你认为可以通过进一步的转换，通过绘出________关系图像来确定他们的猜测是否正确；(3)在证实了F∝ω2之后，他们将砝码做圆周运动的半径r再分别调整为0.04m、0.12m，又得到了两条F－ω图像，他们将三次实验得到的图像放在一个坐标系中，如图乙所示．通过对三条图像的比较、分析、讨论，他们得出F∝r的结论，你认为他们的依据是___________；乙(4)通过上述实验，他们得出：做圆周运动的物体需要的向心力F与角速度ω、半径r的数学关系式是F＝kω2r，其中比例系数k的数值为________，单位是________．答案(1)见解析图(2)F与ω2(3)作一条平行于纵轴的辅助线，观察和图像的交点中力的数值之比是否为1∶2∶3(4)0.0375kg解析(1)描点后绘图时注意尽量让所描的点落到同一条曲线上，不能落到曲线上的点让其均匀分布在两侧，如图所示．(2)通过对图像的观察，兴趣小组的同学猜测F与ω2成正比．可以通过进一步的转换，通过绘出F与ω2关系图像来确定他们的猜测是否正确，如果猜测正确，作出的F与ω2的关系图线应当为一条倾斜直线．(3)在证实了F∝ω2之后，他们将砝码做圆周运动的半径r再分别调整为0.04m、0.12m，又得到了两条F－ω图像，他们将三次实验得到的图像放在一个坐标系中，如题图乙所示．通过对三条图像的比较、分析、讨论，他们得出F∝r的结论，他们的依据是：作一条平行于纵轴的辅助线，观察和图像的交点中力的数值之比是否为1∶2∶3，如果比例成立，则说明向心力与物体做圆周运动的半径成正比．(4)做圆周运动的物体需要的向心力F与角速度ω、半径r的数学关系式是F＝kω2r，代入图中任意一点的坐标数值，比如(20,1.2)，此时半径为0.08m，可得1.2N＝k×202(rad/s)2×0.08m解得k＝0.0375kg.4．如图甲所示是某同学探究做圆周运动的物体质量、向心力、轨道半径及线速度关系的实验装置，做匀速圆周运动的圆柱体放置在水平光滑圆盘上，力传感器测量向心力大小F，速度传感器测量圆柱体的线速度大小v，该同学通过保持圆柱体质量和运动半径不变，来探究向心力F与线速度v的关系：(1)该同学采用的实验方法为________．A．等效替代法B．控制变量法C．理想化模型法D．比值法(2)改变线速度大小v，多次测量，该同学测出了五组F、v数据，如表所示：v/(m·s－1) 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0F/N0.88 2.00 3.50 5.507.90该同学对数据分析后，在图乙坐标纸上描出了五个点．①作出F－v2图线；②若圆柱体运动半径r＝0.2m，由作出的F－v2图线可得圆柱体的质量m＝________kg(保留两位有效数字)．答案(1)B(2)①见解析图②0.18解析(1)实验中研究向心力和线速度的关系，保持圆柱体质量和运动半径不变，采用的实验方法是控制变量法，故A、C、D错误，B正确．(2)①根据表格描点作图，使尽可能多的点在直线上，其他点分布线两侧，如图所示②由公式F ＝m v 2r结合图像可知，图像的斜率为k ＝mr ＝0.9kg/m代入r ＝0.2m ，解得m ＝0.18kg.5．在“用圆锥摆验证向心力的表达式”实验中，如图甲所示，悬点刚好与一个竖直的刻度尺零刻度线对齐，将画着几个同心圆的白纸置于水平桌面上，使钢球静止时刚好位于圆心．用手带动钢球，设法使它刚好沿纸上某个半径r 做圆周运动，钢球的质量为m ，重力加速度为g .(1)用秒表记录运动n 圈的总时间为t ，那么钢球做圆周运动中需要的向心力表达式为F n ＝________.(2)通过刻度尺测得钢球轨道平面距悬点的高度为h ，那么钢球做圆周运动中所需的向心力F n ＝________.(3)改变钢球做圆周运动的半径，多次实验，得到如图乙所示t 2n 2－h 的关系图像，可以达到粗略验证向心力表达式的目的，该图线的斜率表达式为________________．答案(1)m4π2n 2t 2r (2)mgr h(3)k ＝4π2g解析(1)根据向心力公式F n ＝m v 2r，而v ＝2πr T ，T ＝t n ，联立解得F n ＝m4π2n 2t 2r (2)如图由几何关系可得F n＝mg tanθ＝mg rh(3)由上面分析得mg rh＝m 4π2n2t2r，整理得t2n2＝4π2g·h故斜率表达式为k＝4π2 g.。
高三物理实验复习探究向心力大小和半径角速度质量的关系习题选编 含答案
实验：探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系习题选编2v2rmωmF1F后，分学习小组进行实验探究向心力。
同学们用和＝、某班同学在学习了向心力的公式＝r(30 mL)()，来感受向心的水如图乙所示细绳系一纸杯在空中甩动，使纸杯在水平面内做圆周运动杯中有力。
(1)________。
下列说法中正确的是A．保持质量、绳长不变，增大转速，绳对手的拉力不变B．保持质量、绳长不变，增大转速，绳对手的拉力增大C．保持质量、角速度不变，增大绳长，绳对手的拉力不变D．保持质量、角速度不变，增大绳长，绳对手的拉力增大B80 cm(2)40 cm A,，学习小组中一位同学用手表计时，另如图甲所示，绳离杯心处打一结点处打一结点一位同学操作，其余同学记录实验数据。
A，使杯在水平方向每秒运动一周，体会向心力的大小。
操作一：手握绳结B，使杯在水平方向每秒运动一周，体会向心力的大小。
操作二：手握绳结A，使杯在水平方向每秒运动两周，体会向心力的大小。
操作三：手握绳结30 mL A的水，使杯在水平方向每秒运动一周，体会向心力的大小。
操作四：手握绳结，再向杯中添①操作二与一相比较：质量、角速度相同，向心力的大小与转动半径大小有关；操作三与一相比较：质量、半径相同，向心力的大小与角速度的大小有关；________________有关；相同，向心力大小与操作四与一相比较：________法。
②物理学中这种实验方法叫“感觉手腕发酸，感觉力不是指向圆心的向心力而③小组总结阶段，在空中甩动纸杯的同学谈感受时说：________”。
，你认为该同学的说法正确吗？答：是背离圆心的离心力，跟书上说的不一样)BD 不正确，见解析质量大小角速度、半径控制变量【答案】2v2?mrF?mF?2，某同学设计了一个实验来感受向心力。
如图甲所示，用一根细绳、根据公式和向向r BA40cm80cm。
将此装置放在光（可视为轻绳）一端拴一个小物体，绳上离小物体处标为点，处标为点滑水平桌面上（如图乙所示）抡动细绳，使小物体做匀速圆周运动，请另一位同学帮助用秒表计时。
高考物理总复习探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系
[解析] 在坐标系中描点作图可得F－r的图线为过原点的直线，则F与r成正比，F－
ω图线不是直线，但F－ω2图线为过原点的直线，则F与ω2成正比.
返回目录
实验六
探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系
命题点2 创新设计实验
3. [实验原理创新]某同学做验证向心力与线速度关系的实验.装置如图所示，一轻质
为F合＝F2－F1.
返回目录
实验六
探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系
(3)若在实验误差允许的范围内F向＝F合，则验证了向心力与线速度的关系.该实验可
能的误差有
[解析]
摆线的长度测量有误差 .(写出一条即可)
根据向心力表达式知，可能在测量摆线长度时存在
误差.
返回目录
实验六
探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系
1
2
kg·m，所以a、b、c的质量之比为2：2：1，因为体积相同，所以物块a、b、c的密
度之比为2：2：1.
返回目录
实验六
探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系
(3)物块a、b、c与转盘之间的动摩擦因数之比为 1：2：2
.
[解析] 由题图乙知a的纵轴截距－μamag＝－1 N，b的纵轴截距－μbmbg＝－2
的向心力，即F＋f＝mω2r，根据二次函数的知识可以判断mr越大，抛物线开口越
小，所以图线①对应的半径为0.14 m.由以上分析可知，各图线不过原点的原因为滑
块受到摩擦力作用.
1
2
3
返回目录
实验六
探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系
(2)对5条F－ω图线进行比较分析，欲探究ω一定时，F与r的关系.请你简要说明方
专题6-5 实验：探究向心力的大小(人教版2019必修第二册)(原卷版)
专题6.5 实验：探究向心力的大小【人教版】【题型1 实验原理、思想】....................................................................................................................................... 【题型2 实验器材、操作】....................................................................................................................................... 【题型3 器材、原理的创新】...................................................................................................................................【题型1 实验原理、思想】【例1】在“探究向心力的大小与质量、角速度和半径之间的关系”的实验中。
(1)如图所示，A、B都为质量相同的钢球，图中所示是在研究向心力的大小F与________的关系。
A.质量mB.角速度ωC.半径r(2)如图所示，若图中标尺上黑白相间的等分格显示出两个小球所受向心力的比值为1∶4，由圆周运动知识可以判断与皮带连接的变速轮塔相对应的半径之比为________。
A.1∶4B.4∶1C.1∶2D.2∶1【变式1-1】在“用圆锥摆验证向心力的表达式”实验中，如图所示，悬点刚好与一个竖直的刻度尺零刻度线对齐。
将画着几个同心圆的白纸置于水平桌面上，使钢球静止时刚好位于圆心。
用手带动钢球，设法使它刚好沿纸上某个半径为r的圆周运动，钢球的质量为m，重力加速度为g。
(1)用秒表记录运动n圈的总时间为t，那么小球做圆周运动中需要的向心力表达式为F n=______ 。
实验探究平抛运动的特点实验探究向心力大小与半径角速度质量的关系(练习)(解析版)-2025届高考物理
(1)实验时需要下列哪些器材______（填选项前的字母符号）A．秒表B．刻度尺C．重锤线(2)关于实验装置和操作，下列说法正确的是______A．实验要求斜槽轨道必须光滑B．使斜槽末端切线保持水平A．球心B．球的上端C．球的下端在此实验中，下列说法正确的是A．斜槽轨道必须光滑用光滑曲线把所有的点连接起来【答案】(1) B BD【详解】（1）[1]图甲示意的是平抛出的小球在横条处卡住，用铅笔标注小球的上端，确定平抛运动轨迹的方法，则坐标原点应选小球在斜槽末端点时球的上端在坐标纸上的投影点。
故选B。
[2](1)斜槽各处粗糙程度不一样，对本实验（填“有影响是为了每次平抛的。
(2)在另一次实验中将白纸换成方格纸，每小格的边长置，如图乙所示，则照相机的闪光频率为Hz；小球抛出的初速度的大小为时速度大小为m/s。
【答案】(1) 无影响初速度相同(2) 10【详解】（1）[1][2]斜槽各处粗糙程度不一样，对本实验无影响。
每次让小球从同一位置由静止释放，是为(1)在实验前，斜槽末端的切线（填“需要”或“不需要(1)钢球抛出点的位置必须及时记录在白纸上，然后从这一点画水平线和竖直线作为用来确定的。
(2)某同学通过实验得到的轨迹如图甲所示，每个小格的长度为（结果包含g、L）。
(3)该同学在轨迹上选取间距较大的几个点，测出其坐标，并在直角坐标系内绘出了v=，则竖直方向的加速度此平抛物体的初速度02m s(1)在探究向心力与半径、质量、角速度的关系时，用到的实验方法是A．理想实验法C．等效替代法(2)为了探究钢球的向心力F的大小与轨道半径A．应使用两个质量不等的钢球B．应使两钢球离转轴的距离相同C．应将皮带套在两边半径相等的变速塔轮上(1)本实验的目的是探究向心力的大小与小球质量m、角速度w和半径r之间的关系，采用的实验方法是。
(2)在某次实验中，把两个质量相等的钢球放在A、C位置，探究向心力的大小与半径的关系，则需要将传动皮带调至第层塔轮（选填“一”“二”或“三”）；(3)在另一次实验中，把两个质量相等的钢球放在B、C位置，传动皮带位于第二层，转动手柄，则当塔轮(1)在某次实验中，某同学把两个质量相等的钢球放在左、右塔轮的半径不等的层上。
实验探究平抛运动的特点实验探究向心力大小与半径角速度质量的关系(练习)(原卷版)-2025届高考物理
(1)实验时需要下列哪些器材______（填选项前的字母符号）A．秒表B．刻度尺C．重锤线(2)关于实验装置和操作，下列说法正确的是______A．实验要求斜槽轨道必须光滑B．使斜槽末端切线保持水平A．球心B．球的上端C．球的下端在此实验中，下列说法正确的是A．斜槽轨道必须光滑(1)斜槽各处粗糙程度不一样，对本实验（填“有影响是为了每次平抛的。
(2)在另一次实验中将白纸换成方格纸，每小格的边长置，如图乙所示，则照相机的闪光频率为Hz；小球抛出的初速度的大小为时速度大小为m/s。
4．某实验小组用如图甲所示的实验装置来完成“探究平抛运动的特点(1)在实验前，斜槽末端的切线（填“需要”或“不需要要”）校准到竖直方向，并使木板平面与小球下落的竖直平面平行。
(2)图乙为用闪光照相机拍摄的照片处理后的一部分，A、图中背景方格的边长均为5cm ，取重力加速度大小g球平抛的初速度大小0v=m/s，小球运动到B点时的速度大小或“不是”）抛出点。
（计算结果均保留两位有效数字）(1)钢球抛出点的位置必须及时记录在白纸上，然后从这一点画水平线和竖直线作为用来确定的。
(2)某同学通过实验得到的轨迹如图甲所示，每个小格的长度为（结果包含g、L）。
(3)该同学在轨迹上选取间距较大的几个点，测出其坐标，并在直角坐标系内绘出了v=，则竖直方向的加速度此平抛物体的初速度02m s(1)在探究向心力与半径、质量、角速度的关系时，用到的实验方法是A．理想实验法BC．等效替代法D(2)为了探究钢球的向心力F的大小与轨道半径A．应使用两个质量不等的钢球B．应使两钢球离转轴的距离相同C．应将皮带套在两边半径相等的变速塔轮上(1)本实验的目的是探究向心力的大小与小球质量m、角速度w和半径r之间的关系，采用的实验方法是。
(2)在某次实验中，把两个质量相等的钢球放在A、C位置，探究向心力的大小与半径的关系，则需要将传动皮带调至第层塔轮（选填“一”“二”或“三”）；(3)在另一次实验中，把两个质量相等的钢球放在B、C位置，传动皮带位于第二层，转动手柄，则当塔轮(1)这个实验主要采用的方法是_______。
(新教材新高考)2024年高考物理复习讲练测 第21讲 探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系(课
提升·必备题型归纳
02 创新实验方案
夯基·必备基础知识 知识点 实验方案的改进
1.实验装置的改进：由力传感器替代向心力演示器，探究影响向心力大小的因素，使 实验数据获取更便捷，数据处理和分析更准确。
夯基·必备基础知识
2.实验原理的创新：
知识点 实验方案的改进
提升·必备题型归纳
考向1 实验原理的改进
2024
高考一轮复习讲练测
第21讲 探究向心力大小与
半径、角速度、质量的关系
目录
CONTENTS
01
复习目标
02
网络构建
03
知识梳理 题型归纳
04
真题感悟
内容索引
知识考点
考点1：教材原型实验
考点2：创新实验方案
夯基·必备基础 知识点：实验目的、器材、原理、步骤、注意事 知识点：实验方案的改进 知识梳理 项、误差分析
提升·必备题型归纳
提升·必备题型归纳 考向2 实验器材的创新
2．为验证匀速圆周运动的向心力与线速度之间的定量关系，某同学设计了如下图所示的实验装置。其 中AB是固定在坚直转轴OO’上的水平平台，A端固定的压力传感器可测出小钢球对其压力的大小，B端 固定一宽度为d的挡光片，光电门可测量挡光片每一次的挡光时间。实验步骤如下∶
考情分析
网络构建
01
教材原型实验
夯基·必备基础知识 知识点 实验目的、器材、原理、步骤、注意事项、误差分析
1.实验目的： 探究向心力与物体的质量、转动的角速度、转动的半径之间的定量关系。 2.实验思路：采用控制变量法探究 (1)使两物体的质量、转动的半径相同,探究向心力的大小跟转动的角速度的定量关系; (2)使两物体的质量、转动的角速度相同,探究向心力的大小跟转动的半径的定量关系; (3)使两物体的转动半径、转动的角速度相同,探究向心力的大小跟物体质量的定量关系。
探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系(练习)(解析版)-2025版高考物理模拟精练+真题实战演练
第21讲探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系（模拟精练+真题演练）1．（2023·辽宁沈阳·沈阳二中校考模拟预测）某实验小组用如图甲所示装置探究向心力大小与线速度大小和运动半径的关系。
光滑的水平直杆固定在竖直转轴上，水平直杆的左侧固定宽度为d 的挡光条，挡光条到竖直转轴的距离为2r ，水平直杆的右侧套上质量为m 的滑块，用细线将滑块与固定在竖直转轴上的力传感器连接，物块到转轴的距离为r ，细线处于水平伸直状态，细线拉力的大小可以通过力传感器测得。
安装在铁架台上的光电门可测遮光条通过光电门的时间。
（1）用游标卡尺测量遮光条的宽度如图乙所示，d =___________cm ；（2）当滑块随水平直杆一起匀速转动时，光电门显示遮光条通过光电门的时间为Δt ，则此时滑块线速度大小v =___________（用字母d ，Δt 表示）；若保持滑块到竖直转轴的距离不变，让转轴以不同的角速度匀速转动，测得多组力传感器的示数F 和对应的挡光时间Δt 。
为了画出线性图像，应做力F 与___________（选填“2t ∆”、“Δt ”、“21t ∆”或“1”t∆）的函数图像。
【答案】0.852dt∆21t ∆【详解】（1）[1]用游标卡尺测量遮光条的宽度如图乙所示，则8mm 50.1mm 8.5mm d =+⨯=（2）[2]光电门显示遮光条通过光电门的时间为Δt ，则此时挡光条的速度大小为dv t'=∆挡光条和滑块的角速度相等，根据v r ω=可知挡光条到竖直转轴的距离为2r ，滑块到转轴的距离为r ，则滑块线速度大小为122d v v t'==∆[3]根据牛顿第二定律有2222()124d v md t F m m r r r t ∆===⋅∆可知为了画出线性图像，应做力F 与21t ∆的函数图像。
2．（2023·新疆乌鲁木齐·统考三模）如图甲所示是某兴趣小组设计的验证向心力大小表达式的实验装置。
【高中物理】人教版（2019版）第1课时 实验：探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系(练习题)
人教版（2019版）第1课时实验：探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系(2462)和F=mω2r,他们的1.两个同学做体验性实验来粗略地验证向心力公式F=m v2r做法如下：如图甲所示，绳子的一端拴一个小沙袋(或其他小物体)，绳上离小沙袋重心40cm的地方打一个绳结A，离小沙袋重心80cm的地方打另一个绳结B.同学甲看手表计时，同学乙按下列步骤操作：操作一：手握绳结A，如图乙所示，使沙袋在水平方向上做匀速圆周运动，每秒运动1周，体会此时绳子拉力的大小.操作二：手仍然握绳结A，但使沙袋在水平方向上每秒运动2周，体会此时绳子拉力的大小.操作三：改为手握绳结B，使沙袋在水平方向上每秒运动1周，体会此时绳子拉力的大小.根据以上操作步骤填空：操作一与操作三(选填“线速度”或“角速度”)相同，同学乙感到(选填“操作一”或“操作三”)绳子拉力比较大；操作二与操作三(选填“线速度”或“角速度”)相同，同学乙感到(选填“操作二”或“操作三”)绳子拉力比较大.2.用如图所示的装置做“探究小球做圆周运动所需向心力的大小F与质量m、角速度ω和半径r之间的关系”实验.(1)在探究向心力的大小F与半径r的关系时，要保持相同的是（）（填选项前的字母）。
A.ω和rB.ω和mC.m和rD.m和F(2)通过本实验可以得到的正确结果是（）（填选项前的字母）。
A.在质量和半径一定的情况下，向心力的大小与角速度成正比B.在质量和半径一定的情况下，向心力的大小与角速度成反比C.在质量和角速度一定的情况下，向心力的大小与半径成反比D.在半径和角速度一定的情况下，向心力的大小与质量成正比3.用如图所示的装置来探究小球做圆周运动所需向心力的大小F与质量m、角速度ω和半径r之间的关系.两个变速塔轮通过皮带连接，转动手柄使长槽和短槽分别随变速塔轮匀速转动，槽内的钢球就做匀速圆周运动.横臂的挡板对钢球的压力提供向心力，钢球对挡板的反作用力通过横臂的杠杆作用使弹簧测力套筒下降，从而露出标尺，标尺上的红白相间的等分格显示出两个钢球所受向心力的比值.如图所示是探究过程中某次实验时装置的状态.(1)在探究向心力的大小F与质量m关系时，要保持相同的是（）(填选项前的字母).A.ω和rB.ω和mC.m和rD.m和F(2)图中所示是在探究向心力的大小F与（）(填选项前的字母).A.质量m的关系B.半径r的关系C.角速度ω的关系(3)若图中标尺上红白相间的等分格显示出两个小球所受向心力之比为1∶9，则与皮带连接的两个变速塔轮的半径之比为（）(填选项前的字母).A.1∶3B.3∶1C.1∶9D.9∶14.物理兴趣小组利用学校实验室的数字实验系统探究物体做圆周运动时向心力大小与角速度、半径的关系.在保证重物的质量m和做圆周运动的角速度ω不变的情况下,改变重物做圆周运动的半径r,得到几组向心力大小F n与半径r 的数据,记录到表1中.1F r在保证重物的质量m和做圆周运动的半径r不变的情况下,改变重物的角速度ω,得到几组向心力F n和角速度ω的数据,记录到表2中.2Fω(1)根据上面的测量结果,分别在图1和图2中作出F n−r图线和F n−ω图线.图1图2(2)若作出的F n−ω图线不是直线，可以尝试作F n−ω2图线,试在图中作出F n−ω2图线.图3(3)通过以上实验探究可知,向心力与转动半径成，与角速度的二次方成.5.某校学生在验证向心力公式F=m v2时，设计了如图所示的实验：R第1步：先用粉笔在地上画一个直径为2L的圆；第2步：通过力传感器，用绳子绑住质量为m的小球，人站在圆内，手拽住绳子上到小球距离为L的位置，用力甩绳子，使绳子近似水平，带动小球做匀速圆周运动，调整位置，让转动小球的手肘的延长线刚好通过地上的圆心，量出手拽住处距离地面的高度为ℎ，记下力传感器的读数为F；第3步：转到某位置时，突然放手，让小球自由抛出；第4步：另一个同学记下小球的落地点C，将通过抛出点A的竖直线在地面上的垂足B与落地点C连成一条直线，量出B、C间距离为s；第5步：保持小球做圆周运动半径不变，改变小球做圆周运动的速度，重复上述操作.试回答：(用题中的m、L、ℎ、s和重力加速度g表示)(1)放手后，小球在空中运动的时间t=.(2)在误差范围内，有F=.(3)小球落地时的速度大小为v=.6.如图甲所示是一个研究向心力与哪些因素有关的DIS实验装置的示意图，其中做匀速圆周运动的圆柱体的质量为m，放置在未画出的圆盘上，圆周轨道的半径为r，力电传感器测定的是向心力，光电传感器测定的是圆柱体的线速度，以下是所得数据和图乙所示的F−v、F−v2、F−v3三个图像.(1)数据表和图乙的三个图像是在用实验探究向心力F和圆柱体线速度v的关系时保持圆柱体质量不变、半径r=0.1m的条件下得到的.研究图像后，可得出向心力F和圆柱体线速度v的关系式：.(2)为了研究F与r成反比的关系，实验时除了保持圆柱体质量不变外，还应保持物理量不变.(3)若已知向心力的表达式为F=m v2，根据上面的图线可以推算出，本实验中r圆柱体的质量为.参考答案1.【答案】:角速度；操作三；线速度；操作二【解析】:操作一和操作三都是每秒转动一圈，则角速度相等，根据F=mω2r知，半径大时所需的向心力大，则拉力大，即操作三感到向心力较大；操作三和=操作二比较，操作三1s内转过的弧长为2πr，操作二1s内转过的弧长为2×2π×r2知，半径小时所需向心力大，则操作二感到向2πr，知线速度相同，根据F=mv2r心力较大.2(1)【答案】B【解析】:在探究向心力大小F与质量m .角速度w和半径r之间的关系时,需控制某些量不变,探究另外两个物理量的关系，所以在探究向心力的大小F与半径r的关系时，要保持小球的质量m与角速度.不变.选项B正确，(2)【答案】D【解析】:根据向心力的公式F=mw'r,在质量和半径--定的情况下，向心力的大小与角速度的二次方成正比,故A、B错误;根据向心力的公式F= ma'r,在质量和角速度-一定的情况下,向心力的大小与半径成正比，故C错误;根据向心力的公式F= mw'r,在半径和角速度- - 定的情况下，向心力的大小与质量成正比,故D正确.3(1)【答案】A【解析】:根据控制变量法的原理可知，在研究向心力的大小F与质量m关系时，要保持其他的物理量不变，其中包括角速度与半径，即保持角速度与半径相同.(2)【答案】C【解析】:图中所示两球的质量相同，转动的半径相同，则研究的是向心力与角速度的关系.(3)【答案】B【解析】:根据F=mω2r，两球的向心力之比为1∶9，半径和质量相等，则转动的角速度之比为1∶3，因为靠皮带传动，变速塔轮的线速度大小相等，根据v=rω，则与皮带连接的变速塔轮对应的半径之比为3∶1.4(1)【答案】如图所示(2)【答案】如图所示(3)【答案】正比；正比5(1)【答案】√2ℎggt2得，小球在空中运动的时间t=【解析】:小球飞出后做平抛运动，根据ℎ=12.√2ℎg(2)【答案】mgs22ℎL【解析】:绳子的拉力等于小球做圆周运动的向心力，小球的线速度v 0=st =s √g2ℎ，则拉力F =mv 02L=mgs 22ℎL.(3)【答案】√s 2g2ℎ+2gℎ【解析】:落地时的竖直分速度v y =√2gℎ，根据平行四边形定则知，小球落地时的速度v =√v 02+v y2=√s 2g 2ℎ+2gℎ. 6(1)【答案】F =0.88v 2【解析】:研究数据表和图乙中B 图，可得出F ∝v 2，进一步研究知图乙中斜率k ≈0.88，故F 与v 的关系式为F =0.88v 2.(2)【答案】线速度【解析】:该实验运用控制变量法研究物理量的关系，根据向心力公式F n =m v 2r ，知为研究F 与r 的关系，实验时除保持圆柱体的质量不变外，还应保持不变的物理量是线速度v ． (3)【答案】0.088kg 【解析】:因为F =m v 2r=0.88v 2，r =0.1m ，所以m =0.088kg .。
2025届高中物理一轮复习一课一练(二十一) 探究向心力的大小与半径、角速度、质量的关系(含解析)
一课一练(二十一) 探究向心力的大小与半径、角速度、质量的关系[基础训练]1．(1)两个同学做体验性实验来粗略地验证向心力公式F ＝m v 2r 和F ＝mω2r ，他们的做法如下：如图1所示，绳子的一端拴一个小沙袋(或其他小物体)，绳上离小沙袋重心40 cm 的地方打一个绳结A ，离小沙袋重心80 cm 的地方打另一个绳结B ．同学甲看手表计时，同学乙按下列步骤操作：操作一：手提绳结A ，如图2所示，使沙袋在水平方向上做匀速圆周运动，每秒运动1周，体会此时绳子拉力的大小．操作二：手仍然握绳结A ，但使沙袋在水平方向上每秒运动2周，体会此时绳子拉力的大小．操作三：改为手握绳结B ，使沙袋在水平方向上每秒运动1周，体会此时绳子拉力的大小．根据以上操作步骤填空：操作一与操作三________(填“线速度”或“角速度”)相同，同学乙感到________(填“操作一”或“操作三”)绳子拉力比较大；操作二与操作三________(填“线速度”或“角速度”)相同，同学乙感到________(填“操作二”或“操作三”)绳子拉力比较大．(2)用如图所示的装置做“探究小球做圆周运动所需向心力的大小F 与质量m 、角速度ω和半径r 之间的关系”实验．①在探究向心力的大小F 与半径r 的关系时，要保持不变的是________．A ．ω和rB ．ω和mC ．m 和rD ．m 和F②通过本实验可以得到的正确结果是________．A ．在质量和半径一定的情况下，向心力的大小与角速度成正比B ．在质量和半径一定的情况下，向心力的大小与角速度成反比C ．在质量和角速度一定的情况下，向心力的大小与半径成反比D ．在半径和角速度一定的情况下，向心力的大小与质量成正比2．在“用圆锥摆验证向心力的表达式”实验中，如图甲所示，悬点刚好与一个竖直的刻度尺零刻度线对齐．将画着几个同心圆的白纸置于水平桌面上，使钢球静止时刚好位于圆心．用手带动钢球，设法使它刚好沿纸上某个半径r 做圆周运动，钢球的质量为m ，重力加速度为g .(1)用停表记录运动n圈的总时间为t，那么小球做圆周运动中需要的向心力表达式为F n＝________.(2)通过刻度尺测得小球轨道平面距悬点的高度为h，那么小球做圆周运动中外力提供的向心力表达式为F n＝________.(3)改变小球做圆周运动的半径，多次实验，得到如图乙所示t2n2h的关系图像，可以达到粗略验证向心力表达式的目的，该图线的斜率表达式为________．3．(2024·安徽蚌埠模拟)小鹏用智能手机来研究物体做圆周运动时向心加速度和角速度、半径的关系．如图甲所示，圆形水平桌面可通过电机带动绕其圆心O转动，转速可通过调速器调节，手机到圆心的距离也可以调节．小鹏先将手机固定在桌面某一位置M处，通电后，手机随桌面转动，通过手机里的软件可以测出加速度和角速度，调节桌面的转速，可以记录不同时刻的加速度和角速度的值，并能生成如图乙所示的图像．(1)由图乙可知,t=60.0 s时,桌面的运动状态是_______ (填字母编号).A.静止B.匀速圆周运动D.速度减小的圆周运动(2)仅由图乙可以得到的结论是: ．(3)若要研究加速度与半径的关系，应该保持________不变，改变________，通过软件记录加速度的大小，此外，还需要的测量仪器是________．[能力提升]4．(2024·广东金山中学模拟)某同学利用如图甲所示的DIS向心力实验器来探究圆周运动向心力的影响因素．实验时，砝码随旋臂一起做圆周运动，其受到的向心力可通过牵引杆由力传感器测得，旋臂另一端的挡光杆每经过光电门一次，力传感器和光电门就同时获得一组向心力F和挡光时间Δt，换算生成ω.保持砝码的质量m和转动半径r不变，改变其转速得到多组F、ω的数据后，作出了Fω2图线如图乙所示．牵引杆的质量和一切摩擦可忽略．(1)该同学采用的主要实验方法为________．A．等效替代法B．控制变量法C．理想化模型法(2)实验中，某次挡光杆经过光电门时的挡光时间为Δt，已知挡光杆到转轴的距离为d，挡光杆的挡光宽度为Δs，则可得挡光杆转动角速度ω的表达式为________．(3)根据图乙，得到的实验结论是____________________________________________________________________________________________________________________________________________.5．某实验小组同学用如图所示的装置探究影响向心力大小的因素，四根空心玻璃管沿半径方向镶嵌在水平转盘上，O为转盘圆心，管内四个略小于玻璃管直径的小球A、B、C、D分别被穿过靠近圆心的小孔的绳子拉着，绳子另一端分别接有力传感器a、b、c、d，用以测量绳子上的拉力大小F a、F b、F c、F d，小球与玻璃管内壁、绳子与小孔间摩擦可忽略不计，OC＝OD＝23OA＝23OB．(1)转动转盘，若要探究向心力大小与质量的关系，则应选择________．A．质量相同的A、C小球，研究a、c的读数关系B．质量不相同的A、C小球，研究a、c的读数关系C．质量相同的A、B小球，研究a、b的读数关系D．质量不相同的A、B小球，研究a、b的读数关系(2)若四个小球A、B、C、D质量均相同，则F a、F b、F c、F d的关系为________．A．F a＝F b＝F c＝F dB．F a＝F b<F c＝F dC ．23F a ＝23F b ＝F c ＝F d D ．F a ＝F b ＝23F c ＝23F d (3)若小球A 、C 质量相同，下列图像能正确反映F a 、F c 与转盘转动的角速度ω的关系的是________．答案及解析1． 解析：(1)操作一和操作三都是每秒转动一周，则角速度相等，根据F ＝mω2r 知，半径大时所需的向心力大，则拉力大，即感到操作三向心力较大；操作三和操作二比较，操作三1 s 内转过的弧长为2πr ，操作二1 s 内转过的弧长为2×2π×r 2＝2πr ，知线速度大小相同，根据F ＝m v 2r 知，半径小时所需向心力大，则感到操作二向心力较大．(2)①在探究向心力大小F 与质量m 、角速度ω和半径r 之间的关系时，需控制某些量不变，探究另外两个物理量的关系，所以在探究向心力的大小F 与半径r 的关系时，要保持小球的质量m 与角速度ω不变，选项B 正确．②根据向心力的公式F ＝mω2r ，在质量和半径一定的情况下，向心力的大小与角速度的二次方成正比，故A 、B 错误；根据向心力的公式F ＝mω2r ，在质量和角速度一定的情况下，向心力的大小与半径成正比，故C 错误；根据向心力的公式F ＝mω2r ，在半径和角速度一定的情况下，向心力的大小与质量成正比，故D 正确．答案：(1)角速度 操作三 线速度 操作二 (2)①B ②D2． 解析：(1)根据向心力公式：F n ＝m v 2r ，而v ＝2πr T ，T ＝t n ，得F n ＝m 4π2n 2t 2r . (2) 如图所示，由几何关系可得：F n ＝mg tan θ＝mg r h .(3)由上面分析得：mg r h ＝m 4π2n 2t 2r ，整理得：t 2n 2＝4π2g ·h ，故斜率表达式为k ＝4π2g . 答案：(1)m 4π2n 2t 2r (2)mg r h (3)k ＝4π2g3． 解析：(1)由题图乙可知，在t ＝60.0 s 时的前后那段时间，桌子的角速度保持不变，加速度大小不变，因此做的是匀速圆周运动，选B ．(2)分析加速度和角速度随时间的变化图像，可以得到，半径一定，角速度不变时，加速度的大小也不变；角速度增大时，加速度也增大．(3)加速度与半径和角速度都有关系，若要研究加速度与半径的关系，则根据控制变量法，应该保持角速度不变，改变半径，通过软件记录加速度的大小，得出加速度与半径的关系．因为要测量半径，所以需要刻度尺来测量．答案：(1)B (2)半径一定，角速度不变时，加速度的大小也不变；角速度增大时，加速度也增大 (3)角速度 半径 刻度尺4．解析：(1)实验中保持砝码的质量和转动半径不变，改变其转速，所以采用的是控制变量法，B 正确，A 、C 错误．(2)挡光杆处的线速度为v ＝Δs Δt ，根据线速度与角速度公式可知角速度为ω＝Δs d Δt. (3)由题图乙可知，在m 、r 一定的情况下，向心力F 的大小与角速度的平方成线性关系，即F 与ω2成正比． 答案：(1)B (2)ω＝Δs d Δt(3)在m 、r 一定的情况下，向心力大小与角速度的平方成正比 5．解析：(1)若要探究向心力大小与质量的关系，应保证两小球做圆周运动的半径、角速度相等，两小球质量不同，故D 正确．(2)由圆周运动规律得F ＝mω2r ，由于OC ＝OD ＝23OA ＝23OB ，且各小球的质量、角速度均相等，可得23F a ＝23F b ＝F c ＝F d ，C 正确．(3)由F ＝mω2r 可知，A 正确．答案：(1)D (2)C (3)A。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
物理科實作試題一：測定向心力與週期及旋轉半徑關係
[可供儀器和用具]
玻璃管一支棉線一卷螺絲帽 20個未知物一個支架台一座碼錶一個直尺(30cm) 一支方格紙 3張對數方格紙 2張
紅筆一支工程計算機（自備）
以上儀器不一定全數用到。
[試題]
1. 物體做等速率圓週運動，請求出旋轉半徑和旋轉週期T的關係。
2. 求未知物等於多少個螺帽重？
甲.實驗分析的理論基礎 ;
乙.簡述實驗的方法和步驟;
丙.實驗結果：半徑和旋轉週期的關係;
丁.實驗結果：未知物重量;
戊.誤差及其來源.
作答卷班級：座號：姓名：
甲.實驗分析的理論基礎(推導等速率圓周運動向心力、半徑與週期關係) 15%
乙.簡述實驗的方法和步驟15%
丙.實驗結果
(1) 半徑和旋轉週期的關係
實驗記錄5%
控制變因：
半徑r(單位： )週期T(單位： )分析過程與結果
半徑r和週期T次方關係15%
結果：半徑r和週期T次方關係為_______________。
丁.求未知質量(自行繪製表格及討論) 30%
結果：未知質量為_________________個螺帽重。
戊.誤差及其來源 20%。