2026高考物理总复习(人教)（粤）课时作业第四章 第7讲　实验 探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系

(满分:50分)课时作业1.(10分)如图甲为“探究向心力大小的表达式”的实验装置,两个塔轮半径相同。(1)图甲情景正准备探究的是向心力与

(选填“质量”“半径”或“角速度”)的关系,转动手柄,使槽内小球做圆周运动,装置中球

(选填“A”或“B”)对应标尺上露出红白相间的等分标记格数多。

半径A【解析】(1)题图甲中小球质量相等,两塔轮半径相等,即角速度相等,探究向心力与半径关系;球A运动半径大,向心力大,球A对应标尺上露出红白相间的等分标记格数多。(2)某同学想知道加速度传感器在手机内部的大致位置,如图乙所示,把手机固定于转台上(顶端与转轴重合)随转台一起做圆周运动,用传感器软件记录了向心加速度与转动角速度二次方的图像如图丙所示,则可知加速度传感器位置到转轴的距离约

cm(结果保留2位有效数字)。

4.2【解析】(2)由a=ω2r,图像斜率即为半径,加速度传感器位置到转轴的距离r≈4.2cm。2.(10分)某同学常用身边的器材来完成一些物理实验。如图甲为蔬菜沥水器,他将手机紧靠蔬菜篮底部侧壁边缘竖直放置,从慢到快转动手柄,可以使手机随蔬菜篮转动。利用手机自带软件可以记录手机向心力F和角速度ω的数值。更换不同质量的手机(均可看作质点),重复上述操作,利用电脑拟合出两次的F-ω2图像如图乙所示。(1)在从慢到快转动手柄的过程中,蔬菜篮侧壁与手机间的压力

(选填“变大”“变小”或“不变”)。

变大【解析】(1)手机随蔬菜篮的转动可看作是圆周运动,侧壁对手机的压力为FN,则由FN=mω2r可知,在从慢到快转动手柄的过程中,角速度增大,蔬菜篮侧壁与手机间的压力变大。(2)由图乙可知,直线

(选填“1”或“2”)对应的手机质量更大。

1【解析】(2)由题图乙可以看出,同样的角速度,直线1的向心力F更大,由F=mω2r,可知直线1对应的手机质量更大。(3)若测量出蔬菜篮的直径,计算出手机相应的线速度v,利用所得的数据拟合出的F-v2图像应该为

(选填“线性”或“非线性”)图像。

线性3.(12分)某同学设计实验“探究向心力大小与半径、角速度的关系”,装置如图甲所示,角速度ω可调节的水平圆盘,沿半径方向固定一光滑凹槽,小球Q通过轻绳与传感器在圆心O处连接,且可在凹槽内沿半径方向滑动,当小球与凹槽一起绕圆心O旋转时,传感器可测出转动的角速度和轻绳的拉力大小。(1)用游标卡尺测出小球的直径,示数如图乙所示,则小球的直径d=

mm。

14.5【解析】(1)根据游标卡尺的读数规律,该读数为14mm+0.1×5mm=14.5mm。(2)关闭转盘的开关,转盘缓慢减速,测出这一过程的角速度ω和轻绳拉力F数据,作出F与ω2的关系图像如图丙所示,由图可判断当小球质量m和转动半径r一定时,ω减小,F

(选填“增大”“减小”或“不变”),已知r=0.40m,根据相关数据可求得小球的质量m=

kg(结果保留2位有效数字)。

减小0.025(3)在“探究向心力大小F与转动半径r的关系”时,根据实验数据得出F与r的关系图像如图丁所示,图线没有过原点的原因可能是

。

A.把轻绳长作为转动的半径B.把轻绳长与小球直径之和作为转动的半径C.凹槽不够光滑小球受到指向圆心的摩擦力A【解析】(3)根据图像可知,在r等于0时轻绳的拉力为正值,表明在r等于0时,小球圆周运动的半径并不等于0,即小球圆周运动的半径的实际值大于r,可知,图像不过原点的原因是把轻绳长作为转动的半径,没有考虑小球的半径。故选A。4.(10分)(2025·广东佛山阶段检测)用圆锥摆粗略验证向心力的表达式。细线下端悬挂一个小钢球,上端固定在铁架台上;将画着几个同心圆的白纸置于水平桌面上,钢球静止时正好位于圆心;用手带动钢球,设法使它做匀速圆周运动的轨迹竖直投影在纸上的某个圆,钢球摆动幅度很小,如图所示。完成测量:用天平测小钢球的质量m;用直尺测钢球做匀速圆周运动的轨道半径r和钢球距悬点的竖直高度h,用秒表测量钢球运动n圈经过的时间t,重力加速度为g。回答下列问题:(1)通过实验得到钢球做匀速圆周运动所需的向心力F向=

。

(2)通过分析钢球的受力,可得钢球所受合力近似为

。该式计算的结果与真实值相比

(选填“偏大”“偏小”或“相等”)。

偏小(3)若只要求验证F向与F合二者大小是否相等,不要求计算F向与F合的大小,则上述测量过程中不需要测量的物理量是

。(4)若F向与F合在误差范围相等,便粗略验证了向心力表达式的正确性。

钢球质量m和轨道半径r5.(8分)(2025·广东深圳月考)如图甲所示是“DIS向心力实验器”,当质量为0.5kg的砝码随旋转臂一起在水平面内做圆周运动时,砝码所需的向心力可通过牵引杆由力传感器测得,旋转臂另一端的挡光杆每经过光电门一次,通过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