专题1.34 探究向心力实验(原卷版)

2021年高考物理100考点最新模拟题千题精练（物理实验）

第一部分 物理力学实验 专题1.34 探究向心力实验

1．(2019·福建泉州二模)(6分)某同学做验证向心力与线速度关系的实验，装置如图所示，一轻质细线上端固定在拉力传感器上，下端悬挂一小钢球。钢球静止时刚好位于光电门中央。主要实验步骤如下：

①用游标卡尺测出钢球直径d；

②将钢球悬挂静止不动，此时力传感器示数为F1，用米尺量出线长L；

③将钢球拉到适当的高度处释放，光电门计时器测出钢球的遮光时间为t，力传感器示数的最大值为F2；

已知当地的重力加速度大小为g，请用上述测得的物理量表示：

v2

(1)钢球经过光电门时的线速度表达式v＝________，向心力表达式F向＝m＝________。

R(2)钢球经过光电门时的所受合力的表达式F合＝________。 (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：

________________________。(写出一条即可)

v2

2.某班同学在学习了向心力的公式F＝m和F＝mω2r后，分学习小组进行实验探究向心力。同学们用

r细绳系一纸杯(杯中有30 mL的水)在空中甩动，使纸杯在水平面内做圆周运动(如图乙所示)，来感受向心力。

(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

(2)如图甲所示，绳离杯心40 cm处打一结点A,80 cm处打一结点B，学习小组中一位同学用手表计时，另一位同学操作，其余同学记录实验数据。

操作一：手握绳结A，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B，使杯在水平方向每秒运动一周，体会向心力的大小。 操作三：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。

操作四：手握绳结A，再向杯中添30 mL的水，使杯在水平方向每秒运动一周，体会向心力的大小。 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； 操作四与一相比较：________相同，向心力大小与________有关； ②物理学中这种实验方法叫________法。

3.用细绳拽着小球在水平面上做匀速圆周运动．小球的运动状态不断发生改变，就需要一个指向圆心的力的作用，这个力叫向心力．晓丽想研究向心力的大小与以下因素的关系，得到实验数据如下：

实验次数 小球质量m/kg 角速度ω/（rad●s-1） 转动半径r/m 向心力F/N 1 0.2 1 1 0.2 2 0.1 1 1 0.1 3 0.2 2 2 1.6 4 0.2 2 1 0.8 5 0.4 3 2 7.2 （1）根据表格中的数据，可以得到向心力F与物体质量m、角速度ω、转动半径r的表达式为 。；

（2）将表格中的空格中应该填写 ；

（3）三个同学分别作出了保持小球的质量、运动半径一定时，向心力F与角速度ω的关系图象，其中可能

正确的是 ．

4.用图示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．向心力大小与半径的关系 B．向心力大小与线速度大小的关系 C．向心力大小与角速度大小的关系 D．向心力大小与物体质量的关系 （3）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，向心力的大小与加速度成正比 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

5.一物理兴趣小组利用学校实验室的数字实验系统探究物体作圆周运动时向心力与角速度，半径的关系。 ①首先，让一砝码在一个比较光滑的平面上做半径r为0.08m的圆周运动，数字实验系统得到若干组向心力F和对应的角速度ω，他们根据实验数据绘出了F-ω的关系图像如图中B图线所示，兴趣小组的同学猜测r一定时，F可能与ω2成正比。你认为，可以通过进一步转换，做出____________关系图像来确定他们的猜测是否正确。

②将同一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，如图中A，C图线所示。通过对三条图线的比较，分析，讨论，他们得出ω一定时，Fr的结论，你认为他们的依据是。 ③通过上述实验，他们得出：做圆周运动的物体受到的向心力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的单位是。

6．（6分）（2019河北唐山三模）利用如图所示装置验证向心加速度an与线速度v的关系。四分之一圆弧轨道固定在水平桌面上，末端与上表面很小的压力传感器表面相切，水平地面上依次铺放好木板、白纸、复写纸。将小球从圆弧轨道某一点静止释放，经轨道末端飞出，落到铺着复写纸和白纸的木板上，在白纸上留下点迹，由同一位置重复释放几次，记录每次压力传感器的示数；改变小球在圆弧轨道上的释放位置，重复上述实验步骤。（当地的重力加速度为g） （1）为了完成实验，下列操作正确的是 A．必须选择光滑的圆弧轨道 B．固定圆弧轨道时，末端必须水平 C．实验中应选择密度小的小球

D．确定小球在白纸上的落点时，用尽可能小的圆把所有落点圈住，圆心即为平均落点

（2）某次实验时记录的压力传感器示数为F，并测出小球的质量为m，小球的向心加速度an＝ 。 （3）实验除了记录压力传感器示数F测量小球的质量为m外，还需要测量轨道末端距地面高度h、水平位移x圆弧轨道半径R，则向心加速度an与线速度v的关系可以表示为 （用测量数据表示）。

7．（6分）（2019四川泸州三模）如图甲所示，是“用圆锥摆验证向心力的表达式F向＝m（

22

）r”的实验T装置，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面上，使小钢球静止时刚好位于圆心。小钢球的质量为m，重力加速度为g。实验步骤如下：

（1）给小钢球一定的初速度，使它刚好沿纸上某个半径为r的圆做匀速圆周运动（小球不与纸面接触），

用秒表记录运动n圈的总时间t，那么小球做此圆周运动时需要的向心力F向＝ （用m、n、t、r及相应的常量表示）；

（2）通过刻度尺测得小球轨道平面距悬点的竖直高度为h，那么小球做此匀速圆周运动时，外力提供的向心力F向＝ （用m、h、r及相应的常量表示）；

（3）若外力对小球提供的向心力与需要的向心力相等，则可证明向心力表达式正确；

（4）若n取一个确定的值，改变h和r多次进行实验获取不同时间t，如以h为横坐标，以 为纵坐标即可作出图乙所示的正比例函数图象。（选填“t”、“”、“t2”、“

1t1”） t2