《实验：探究圆周运动的规律》测练2.doc

实验：探究圆周运动的规律测练2一、填空题(本大题共5小题，共20.0分)1.在探究匀速圆周运动的物体向心力F与质量m、半径r、角速度之间的关系时，需要使用的科学方法是： _ ；通过实验发现：在半径r和角速度不变的情况下，向心力与质量成 _ （填“正比”“反比”“无关”）；在质量m和半径不变r的情况下，向心力与角速度的平方成 _ （填“正比”“反比”或“无关”）2.如图，用一根结实的细绳拴住一个小物体，在足够大的光滑水平桌面上抡动细绳，使小物体做匀速圆周运动，则： 当你抡动细绳，使小物体做匀速圆周运动时，作用在小物体的拉力 _ A沿绳指向圆心 B沿绳背向圆心 C垂直于绳与运动方向相同 D垂直于绳于运动方向相反 松手后，物体做 _ A半径更大的圆周运动 B半径更小的圆周运动 C平抛运动 D直线运动 若小物体做圆周运动的半径为0.4m，质量为0.3kg，每秒匀速转过5转，则细绳的拉力为 _ N（结果用含有“”的式子表示）3.线的一端系一个重物，手执线的另一端使重物在光滑水平面上做匀速圆周运动，当转速相同时， _ 容易断（填“线长”或“线短”）；如果重物运动时系线被桌上的一个钉子挡住，随后重物以不变的速率在系线的牵引下绕钉子做圆周运动，系线碰钉子时钉子离重物 _ 容易断（填“越远”或“越近”）；在匀速圆周运动中，下面不变的物理量有 _ 、 _ （选填“向心加速度”、“线速度”、“角速度”、“向心力”、“周期”）4.小明在学习了圆周运动的知识后，设计了“快速测量自行车的骑行速度”的实验他的设想是：通过计算脚踏板转动的角速度，推算自行车的骑行速度经过骑行，他测量了在时间t内脚板转动的圆数N （1）脚踏板转动的角速度= _ ； （2）要推算自行车的骑行速度，还需要测量的物理有 _ ；自行车骑行速度的计算公式v= _ 5.在研究做圆周运动的物体在任意位置的速度方向时，可在桌面上铺一张白纸，设法使一个陀螺在纸上O点稳定转动，如图(a)所示，接着在陀螺的边缘滴几滴带颜色的水，水在纸上甩出的痕迹如图(b)所示，然后再用一张透明胶片做模板，画一个圆及其几根切线，如图(c)所示 (1)圆的半径与陀螺的半径的比例应为_； (2)将圆心与纸上O点对准并覆盖其上，随后绕过O点、垂直于纸面的轴旋转模板，可观察到模板上的切线总是与水的痕迹重合，这种判断的方法通常称作_ A控制变量法B建模方法C等效替代法D图象方法二、实验题探究题(本大题共2小题，共18.0分)6.一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 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，他们根据实验数据绘出了F-的关系图象如图中B图线所示，兴趣小组的同学猜测r一定时，F可能与2成正比你认为，可以通过进一步转换，做出 _ 关系图象来确定他们的猜测是否正确 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-图象，如图中A、C图线所示通过对三条图线的比较、分析、讨论，他们得出一定时，Fr的结论，你认为他们的依据是 _ 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、半径r的数学关系式是F=k2r，其中比例系数k的单位是 _ 7.一水平放置的圆盘绕过其圆心的竖直轴匀速转动盘边缘上固定一竖直的挡光片盘转动时挡光片从一光电数字计时器的光电门的狭缝中经过，如图1所示图2为光电数字计时器的示意图光源A中射出的光可照到B中的接收器上若A、B间的光路被遮断，显示器C上可显示出光线被遮住的时间挡光片的宽度用螺旋测微器测得，结果如图3所示圆盘直径用游标卡尺测得，结果如图4所示由图可知， （1）挡光片的宽度为 _ mm （2）圆盘的直径为 _ cm （3）若光电数字计时器所显示的时间为50.0ms，则圆盘转动的角速度为 _ rad/s（保留3位有效数字） 实验：探究圆周运动的规律测练2答案和解析【答案】 1.控制变量法；正比；正比 2.A；D；122 3.线长；越近；角速度；周期 4.；牙盘的齿轮数m、飞轮的齿轮数n和自行车后轮的半径R； 5.1：1;B 6.F与2；取任意相同，A、B、C三图线对应向心力之比均约为3：2：1，与其对应半径之比相同；kg 7.10.243；24.215；1.69 【解析】 1. 解：在研究物体的“探究向心力的大小与质量、角速度和半径之间关系”四个物理量的关系时，由于变量较多，因此采用了“控制变量法”进行研究，分别控制一个物理量不变看另外两个物理量之间的关系根据向心力表达式：F=m2r，转速和半径相同，向心力与质量成正比；在质量m和半径不变r的情况下，向心力与角速度的平方成正比 故答案为：控制变量法；正比；正比 明确理想模型、控制变量、等效替代、类比等各种方法的应用本实验中质量不同，半径相同，故研究向心力与质量之间的关系，应控制角速度和半径不变根据向心力的表达式计算向心力之比 在学习物理过程中掌握各种研究问题的方法是很重要的，要了解各种方法在物理中的应用本题考查书中演示实验，也是高考考查内容之一本实验采用的是控制变量法，通过对比进行比较，定性分析向心力与各个量的关系 2. 解：小物体做匀速圆周运动时，合外力提供向心力，对物体进行受力分析可知，绳子的拉力提供向心力，所以绳子作用在小物体的拉力沿绳指向圆心，故A正确； 松手后，物体在水平方向将不受力的作用，所以将保持松手时的速度做匀速直线运动，故D正确 故选：D 根据向心力公式得： F=m2r=0.3（52）20.4=122N 故答案为：A；D；122 物体做匀速圆周运动时，合外力提供向心力，方向始终指向圆心，一切物体在没有受到任何力的作用时，总保持静止状态或匀速直线运动状态，根据向心力公式求解绳子的拉力 本题考查了对小球运动状态的判断，对小球正确受力分析是正确解题的关键，难度不大，属于基础题 3. 解：物体在光滑水平面上做匀速圆周运动，绳的拉力作为向心力设绳的拉力大小为F 当转速相同时，有：F=m（2n）2L，L越大，F越大，绳子越容易断；所以线长容易断 系线碰钉子时重物的线速度大小不变，由F=m得知，r越小，即钉子离重物越近，F越大，绳子越容易断； 在匀速圆周运动中，向心加速度方向始终指向圆心，方向时刻在改变，所以向心加速度是变化的线速度沿圆周的切线方向，方向时刻在改变，所以线速度是变化的 不变的物理量有：角速度、周期 故答案为：线长；越近；角速度；周期 物体在光滑水平面上做匀速圆周运动，绳的拉力作为向心力，采用不同的向心力的公式形式列式即可进行分析 本题考查学生对各种向心力的公式的理解，分析不同的物理量变化时，要注意采用相应的向心力的公式采用控制变量的思想 4. 解：（1）根据角速度=2n得：= 踏脚板与牙盘共轴，所以角速度相等，飞轮与牙盘通过链条链接，所以线速度相等； 设飞轮的角速度为，测量出牙盘的齿轮数为m、飞轮的齿轮数为n， 则，再测量自行车后轮的半径R，根据v=R 得：v= 需要测量的物理量为：牙盘的齿轮数m、飞轮的齿轮数n和自行车后轮的半径R 故答案为：（1） （2）牙盘的齿轮数m、飞轮的齿轮数n和自行车后轮的半径R； 根据角速度=2n即可计算角速度；踏脚板与牙盘共轴，所以角速度相等，飞轮与牙盘通过链条链接，所以线速度相等，通过测量牙盘的齿轮数m、飞轮的齿轮数n、求出飞轮的角速度与牙盘角速度的关系，再测量自行车后轮的半径R，根据v=R即可计算自行车骑行速度 解决本题的关键是要知道：若共轴，则角速度相等；若共线，则线速度相等，再根据v=R进行求解 5. 解：(1)陀螺的边缘上的水以切线方向飞出，所以圆的半径与陀螺的半径的比例应为1：1 (2)本题通过建立模型，观察到模板上的切线总是与水的痕迹重合，得出了圆周运动的物体在任意位置的速度方向所以这种方法称为建模方法 故本题答案为：(1)1：1(2)B 6. 解：通过对图象的观察，兴趣小组的同学猜测F与2成正比可以通过进一步的转换，通过绘出F与2关系图象来确定他们的猜测是否正确，如果猜测正确，做出的F与2的关系式应当是一条过原点的倾斜直线 在证实了F2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-图象，取任意相同，A、B、C三图线对应向心力之比均约为3：2：1，与其对应半径之比相同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 表达式F=k2r中F、r的单位分别是N、rad/s、m，又由v=r有：1m/s=1（rad/s）m，由F=ma，有1N=1kgm/s2，则得： 1N=k（1rad/s）21m=km/s2；则得k的单位是kg 故答案为：F与2；取任意相同，A、B、C三图线对应向心力之比均约为3：2：1，与其对应半径之比相同kg 若F与2成正比，则F-2图象是过原点的倾斜直线，可很直观作出判断 在探究物体作圆周运动时向心力与角速度、半径的关系时，应当应用控制变量法，先保证圆周运动的半径不变，探究向心力与角速度之间的关系，然后再更换半径继续探究向心力与角速度之间的关系，最后可以得到向心力与角速度与半径的关系式 由F=k2r表达式，结合各个量的单位分析k的单位 本题考查了“探究物体作圆周运动时向心力与角速度、半径的关系”的实验中所需的实验步骤，以及利控制变量法实验的能力，在平时练习中要加强基础知识的理解与应用，提高解决问题能力 7. 解：（1）由螺旋测微器读出整毫米数为10mm，由可动刻度读出毫米的小部分为0.243mm则挡光片的宽度为D=10.243mm （2）由主尺读出整毫米数为242mm，游标尺上第3条刻度线与主尺对齐，读出毫米数小数部分为30.05mm=0.15mm，则圆盘的直径为d=242.15mm=24.215cm （3）圆盘转动的线速度为v= 由v=r，得角速度= 又r= 联立得= 代入解得，=1.69rad/s 故答案为： （1）10.243；（2）24