2020年新教材高中物理 6.2.2 實驗：探究向心力大小的表達式課堂檢測（含解析）新人教版必修2

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1、實驗：探究向心力大小的表達式 1.如圖所示是用以說明向心力和質(zhì)量、半徑之間關(guān)系的儀器,球P和Q可以在光滑桿上無摩擦地滑動,兩球之間用一條輕繩連接,mP=2mQ,當整個裝置以角速度ω勻速旋轉(zhuǎn)時,兩球離轉(zhuǎn)軸的距離保持不變,則此時 (　　) A.兩球受到的向心力大小相等 B.P球受到的向心力大于Q球受到的向心力 C.兩球均受到重力、支持力和向心力三個力的作用 D.當ω增大時,Q球?qū)⒀貤U向外運動 【解析】選A。兩球均受到重力、支持力和繩子的拉力作用,向心力是三個力的合力;兩球的重力均與支持力平衡,由繩的拉力提供向心力,則P球受到的向心力等于Q球受到的向心力,所以A選項是正確的,B、C錯

2、誤;根據(jù)向心力大小相等得mPrP=mQrQ,因為角速度相同,此方程與角速度無關(guān),所以當ω增大時,兩球半徑不變,P球不會沿桿向外運動,Q球也不會沿桿向外運動,故D錯誤。 2.如圖所示,在驗證向心力公式的實驗中,質(zhì)量相同的鋼球①、②分別放在轉(zhuǎn)盤A、B上,它們到所在轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)軸的距離之比為2∶1。a、b分別是與A盤、B盤同軸的輪。a、b的輪半徑之比為1∶2,用皮帶連接a、b兩輪轉(zhuǎn)動時,鋼球①、②所受的向心力之比為 (　　) A.8∶1　　　B.4∶1　　　C.2∶1　　　D.1∶2 【解析】選A。皮帶傳動,邊緣上的點線速度大小相等,所以va=vb,a輪、b輪半徑之比為1∶2,所以由v=rω得:

3、==,共軸的點角速度相等,兩個鋼球的角速度分別與共軸輪的角速度相等,則=。根據(jù)向心加速度a=rω2,則知=。鋼球的質(zhì)量相等,由F=ma得,向心力之比為=,所以A正確,B、C、D錯誤。 3.用如圖所示的裝置來探究小球做圓周運動所需向心力的大小F與質(zhì)量m、角速度ω和半徑r之間的關(guān)系。兩個變速輪塔通過皮帶連接,轉(zhuǎn)動手柄使長槽和短槽分別隨變速輪塔勻速轉(zhuǎn)動,槽內(nèi)的鋼球就做勻速圓周運動。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,從而露出標尺,標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。如圖是探究過程中某次實驗時裝置的狀態(tài)。 (1)在研究

4、向心力的大小F與質(zhì)量m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)如圖中所示,兩個鋼球質(zhì)量和半徑相等,則是在研究向心力的大小F與____________的關(guān)系。? A.質(zhì)量m B.半徑r C.角速度ω (3)若圖中標尺上紅白相間的等分格顯示出兩個小球所受向心力的比值為1∶9,與皮帶連接的兩個變速輪塔的半徑之比為____________。? A.1∶3 B.3∶1 C.1∶9 D.9∶1 【解析】在研究向心力的大小F與質(zhì)量m、角速度ω和半徑r之間的關(guān)系時,需先控制某些量不變,研究另外兩個物理量的關(guān)系,該方法為控制變量法。 (

5、1)因F=mω2r,根據(jù)控制變量法的原理可知,在研究向心力的大小F與質(zhì)量m關(guān)系時,要保持其他的物理量不變,其中包括角速度ω與半徑r,即保持角速度與半徑相同,故選A。 (2)圖中所示兩球的質(zhì)量相同,轉(zhuǎn)動的半徑相同,根據(jù)F=mω2r可知研究的是向心力與角速度的關(guān)系,故選C。 (3)根據(jù)F=mω2r可知,兩球的向心力之比為1∶9,半徑和質(zhì)量相等,則轉(zhuǎn)動的角速度之比為1∶3,因為靠皮帶傳動,變速輪塔的線速度大小相等,根據(jù)v=rω可知與皮帶連接的變速輪塔對應的半徑之比為3∶1,故選B。 答案:(1)A　(2)C　(3)B 4.如圖甲所示是某同學探究做圓周運動的物體質(zhì)量、向心力、軌道半徑及線速度關(guān)

6、系的實驗裝置,做勻速圓周運動的圓柱體放置在水平光滑圓盤上,力傳感器測量向心力F,速度傳感器測量圓柱體的線速度v,該同學通過保持圓柱體質(zhì)量和運動半徑不變,來探究向心力F與線速度v的關(guān)系: (1)該同學采用的實驗方法為____________。 ? A.等效替代法 B.控制變量法 C.理想化模型法 D.比值法 (2)改變線速度v,多次測量,該同學測出了五組F、v數(shù)據(jù),如表所示: v/(m·s-1) 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 F/N 0.88 2.00 3.50 5.50 7.90 該同學對數(shù)據(jù)分析后,在圖乙坐標紙上描出了五個點。 ①作出F-v2圖線; ②若圓柱體運動半徑r=0.2 m,由作出的F-v2圖線可得圓柱體的質(zhì)量m=____________kg(保留兩位有效數(shù)字)。? 【解析】(1)實驗中研究向心力和線速度的關(guān)系,保持圓柱體質(zhì)量和運動半徑不變,采用的實驗方法是控制變量法,所以B選項是正確的。 (2)①作出F-v2圖線,如圖所示: ②根據(jù)F=知,圖線的斜率k=,則有:=,代入數(shù)據(jù)計算得出:m=0.18 kg。 答案:(1)B　(2)①見解析圖?、?.18 - 4 -