2026年高三物理实验题强化训练：测量加速度、探究影响向心力大小的因素（解析版）

专题2.5测量加速度、探究影响向心力大小的因素

1.（1）“用DIS测定加速度，学生实验中使用传感器测量。该传感器由发射器和接收器组成，发

射器内装有红外线和发射器，已知两脉冲到达接收器的时刻如图所示为6、4,肽冲1和脉冲

2在空气中传播速度分别为v.和匕，那么此次测出的距离为»

发射器|：|接收器

T脉冲强度

脉冲1

［脉冲2

O0~6

（2）“用DIS测变速运动的瞬时速度”学生实验如图所示，将光电门固定在斜面下端某位置，将一挡光片固

定在滑块上，前端齐平。在斜面上尸点由静止释放滑块，测得宽为8cm的挡光片的挡光时间A人进一步算

出挡光时间内小车的平均速度X=3.96nVs»,则滑块前端到达光电门时的瞬时速度R（选填。，

“<〃或"="）。改用挡光宽度6cm的挡光片，前端仍与滑块齐平，重复上述操作，再次测得的值为3.95m/s。

则小车加速度为m/s2。

【答案】速度超声波v2（r2-0<4

【详解】（1）四“用DIS测定加速史学生实验中使用速度传感器测量。

⑵发射器内装有红外线和超声波发射器。

⑶有图可知脉冲1和脉冲2在匕时刻发射，脉冲1的接收时间为乙，脉冲2的接收时间为芍，可得脉冲1为

红外线，脉冲2为超声波，所以距离为超声波传播的距离，即工=匕仇-外

（2）⑷根据匀变速运动推论中间时刻的瞬时速度等于该段的平均速度，乂因为滑块做匀加速运动，所以可

得滑块前端到达光电门时的瞬时速度小于

⑸设滑块前端到达光电门时的瞬时速度为%,根据前面分析可得X=％+。1加1,E=%+加2

解得〃=——J同时有A/=8x1°s=0.020s,A/,=‘x>s=0.015s代入数值得a-4m/s2

A/.-A/,3.96-3.95

2.某同学研究自由落体运动的规律时，将小球从一固定的亳米刻度尺旁边由静I上释放，用手机拍摄小球自

由下落的视频，然后用相应的软件处理得到分帧图片，利用图片中小球的位置就可以得出速度，加速度等

信息，实验装置如图1所示。如图2所示为小球下落过程中三幅连续相邻的分帧图片回、团、0,相邻两帧之

间的时间间隔为0.02s。

9—

13二图3

III

（1）小球下落过程中三幅连续相邻的分帧图片团、团、团其中图片国小球球心所在的位置分别为

cm。

）图片由中小球的瞬时速度约为（结果保留两位小数）

（2m/s0

（3）为了得到更精确的加速度值，小球材质应选择；（填“•密度小的小球”或“骼度大的小球”）

（4）该同学利用多帧图片测算其对应的速度N和下落的高度力，绘制了^一。图像，如图3所示。其中P、

。分别为两个体积不同，质量相同的小球卜落的图像，小球的质量为〃?，所受阻力为/,重力加速度为g,

求出/与h的关系式:由图像可知小球P的体积小球。的体积（填"小于"、"大

于"或"等于"）。

【答案】11.051.38密度大的小球5=亚二0〃小于

m

【详解】（1）图片回中小球的上缘刻度10.60cm,卜缘刻度为11.50cm,则直径为0.9cm,小球球心所在的位

置10.60+0.45cm=11.05cm；

(11.05-5.55)x10-2

（2）图片回位置球心的位置.5.55cn则图片团中小球的瞬时速度约为%=nv's=1.38m/s

2x0.02

（3）为了得到更精确的加速度值，小球材质应选择密度大的小球，以减小阻力的影响；

（4）根据牛顿第二定律可知〃食六旅由运动公式3=2"可得寸J"*%因为/_/?图像的斜率k=g上

mm

小球尸的斜率较大，在质量相同时，。的阻力较小，体积较小。

3.实验小组利用光电门和数字传感设备设计了一个测量当地重力加速度的集成框架，如图甲所示，框架上

装有两个光电门，都可上下移动；框架的竖直部分贴有刻度尺，零刻度线在上端，可以直接读出两个光电

门到零刻度线的距离也和X2；框架水平部分安装了电磁铁，将质量为〃?的小铁球吸住。一且断电，小铁球

就由静止释放，先后经过两个光电门时，与光电门连接的数字传感器即可测算出速度大小町和多次改

变两个光电门的位置，得到多组.孙和以、力和力的数据建立如图乙所示的坐标系并描点连线，得出图线的

斜率为鼠

（1）需要提前向数字传感器饰入小球的电径”，当小铁球经过光电门时，光电门记录下小球经过光电门的

时间3测算出的速度—。

（2）当地的重力加速度为（用人表示）。

（3）若选择刻度尺的。刻度所在高度为零势能面，则小铁球经过光电门1时的机械能表达式为（用

题中的X/、彳2、帆、盯、V2、々表示）

【答案】yy必

（详解】［1］由于小铁球通过光电门的时间极短，所以小球通过光电门的瞬时速度会近似等于小球经过光电

门的平均速度，所以速度为u="

/

⑵小铁球从光电门1到光电门2做匀加速直线运动，根据匀变退直线运动的规律可得2g（/-用）=F一十

解得"将结合图像可知g笥

⑶小铁球从0刻度所在位置到经过光电门1的过程中，小铁球只受重力作用，故由机械能守恒定律可得

0=］"一〃肺=?"一等即小铁球经过光电门1时的机械能为E=誓

4.某同学用如图甲所示的装置测量重力加速度。

实验器材：有机玻璃条（白色是透光部分，黑色是宽度均为d=Q80cm的挡光片），铁架台，数字计时器（含

光电门）,刻度尺。

主要实验过程如下：

（1）将光电门安装在铁架台上，下方放置承接玻璃条下落的缓冲物，用刻度尺测审:两挡光片间的距离，刻

度尺的示数如图乙所示，则两挡光片间的距离L=cm。

（2）实验时手提玻璃条（挡光片1在下）上端使它静止在竖直方向上，让玻璃条自由下落，测得两次挡光

的时间分别为八二10-000ms和f?=4.445ms,由此可知，挡光片1通过光电门的平均速度大小匕=

m/s（结果保留两位小数），挡光片2通过光电门的平均速度大小V2=L80m/s。

（3）根据以上测量的数据计算出当地重力加速度大小g=m/s?（结果保留三位有效数字）。

【答案】13.39—13.370.809.71—9.72

【详解】（1）口甘艮据题意，由图乙可知，两挡光片间的距离为L=13.39cm

（2）⑵根据题意，由平均速度的计算公式可知匕===点暮*m/s=0.80m/s

（3）⑶同理可得i=L8m/s,根据题意,由公式2gL=y"彳解得重力加速度大小为g*式71mzs2

5.某同学利用如图甲所示的向心力演示器探究小球做圆周运动所需向心力大小b与小球质量加、运动半径

厂和角速度0之间的关系。

图甲

（1）本实验采用的主要实验方法为（选填"等效替代法"或"控制变量法〃）。在探究小球做圆周运

动所需向心力的大小厂与运动半径，•的关系时，把两个相同的小球放到半径，•不等的长槽和短槽

上，保证两变速塔轮的相同，根据标尺上露出的红白相间等分标记，粗略计算出两个球所需向

心力的比值；

（2）另一同学利用如图乙所示接有传感器的向心力实验器来进行实验。力传感器可直接测量向心力的大小

凡旋臂另一端的挡光杆经过光电门传感器时，系统将自动记录其挡光时间，用螺旋测微器测量挡光杆的宽

度小示数如图内所示，则无mm,挡光杆到转轴的距离为心某次挡光杆经过光电门时的挡光时

间为仅，可求得挡光杆的角速度”的表达式为（用题目中所给物理量的字母符号表示）。该同学

保持祛码质量和运动半径厂不变，探究向心力/与角速度”的关系，作出广Qi?图线如图丁所示，若祛码运

动半径，=0.2m,牵引杆的质量和一切摩擦可忽略，由八口2图线可得跌码质量kg（结果保留2

位有效数字）。

【答案】控制变量法质量角速度/##角速度##81.730工0.45

【详解】（1）[1]本实验通过控制小球质量〃人运动半径〃和角速度”这三个物理量中两个量相同，探究向

心力厂与另一个物理量之间的关系，采用的主要实验方法为控制变量法。

⑵⑶在探究小球做圆周运动所需向心力的大小户与运动半径厂的关系时，需要控制m和①相同，即把两个

相同质量的小球放到半径，•不等的长槽和短槽上，保证两变速塔轮的角速度相同。

（2）⑷螺旋测微器的读数等于固定刻度与可动刻度读数之和，B[JJ=1.5mm+23.0x0.0Imm=1.730mm

⑸由于d和似都很小，所以可用位时间内的平均速度来表示挡光杆的线速度，即口=9■所以挡光杆的角速

度为“=台亮

09

⑹根据向心力公式有F="“疗所以F_（02图线的斜率为k=mr=6kg•m=0.09kg.m解得m=0.45kg

6.某同学用如图所示的装置验证向心力公式与速度的关系，一艰细线（大约长50cm）系住一个质量为小

=C.25kg的钢球（小球的质量通过天平测出），通过一拉力传感器（质量不计）悬挂在铁架台上，钢球静止

于4点，光电门固定在4点，其光线刚好对准小球的球心。将钢球拉至不同位置由静止移放，小球经过光

电门的挡光时间/可由计时器测出，取u=2作为钢球经过力点时的速度（其中。为球的直径，可用游标卡

t

尺测出）。记录钢球每次经过最低点时的计时器示数/以及计时器工作时拉力传感器中读数T.

拉力传感器

（1）用%=”计算钢球经过最低点时需要的向心力大小，式中〃应测量悬点。到________之间的竖直

R

距离。

A.钢球在4点时的顶端

B.钢球在力点时的球心

C.钢球在4点时的底端

⑵用测小球经过最低点时的速度，用游标卡尺测量小球的直径。，示数如图所示，其读数为

—

2q

11小9I

।।।।।।।।।।।1

r111|1111|

0510

（3）下表为某同学的实验结果:

F向(xlO-1N)1.101.441.662.002.38

T-mg(xlO-1N)1.251.581.792.112.58

他发现表中的/点与吆之间存在差异，你认为这可能是实验时哪些原因造成的：

A.小球的质量测量值偏小

B.小球的质量测量值偏大

C.光电门的光线对准球心的偏上方一点

D.光电门的光线对准球心的偏卜.方一点

【答案】B2.25##2.26##2.27A

2

【详解】（1）[1]用%=竺二计算纲球经过最低点时需要的向心刀大小，式中及应测显悬点。到钢球在4点

R

时的球心之间的竖直距离，故选九

（2）[2]用游标卡尺测量小球的直径。示数2.2cm+0.1mmx6=2.26cm；

（3）⑶由表中数据可知，F冰T-mg,即7>〃?g+切•则可能是小球的质量测量值偏小；

r

而光电门的光线对准球心的偏下方一点或者偏上方一点都会引起遮光时间偏小，导致速度的测量值偏大，

2

造戌TV〃?4+机二故只有选项A正确，BCD错误。故选Ao

r

7.探究向心力大小/与物体的质量〃八角速度”和轨道半径厂的关系实验。

（1）本实验所采用的实验探究方法与下列哪些实验是相同的；

A.探究平抛运动的特点

B.探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系

C.探究两个互成角度的力的合成规律

D.探究加速度与物体受力、物体质量的关系

（2）某同学用向心力演示器进行实验，实验情景如甲、乙、丙三图所示

a.三个情境中，图是探究向心力大小£与质量，〃关系（选填"甲"、"乙〃、"丙”）。

b.在甲情境中，若两钢球所受向心力的比值为109,则实验中选双两个变速塔轮的半径之比为。

（3）某物理兴趣小组利用传感器进行探究，实验装置原理如图所示。装置中水平光滑直槽能随竖直转轴一

起转动，将滑块套在水平直槽上，用细线将滑块与固定的力传感器连接。当滑块随水平光滑直槽一起匀速

转动时，细线的拉力提供滑块做圆周运动需要的向心力。拉力的大小可以通过力传感器测得，滑块转动的

角速度可以通过角速度传感器测得。

角速度传感器竖直转轴

■J力传感变

水平光滑直槽

C.3

小组同学先让一个滑块做半径厂为0.14m的圆周运动，得到图片中①图线。然后保持滑块质量不变，再将

运动的半径〃分别调整为0.12m、0.10m.0.08m、0.06m,在同一坐标系中又分别得到图甲中②、③、④、

⑤四条图线。

a.对①图线的数据进行处理，获得了产出图像，如图乙所示，该图像是一条过原点的直线，则图像横必标

x代表的是。

b.对5条厂如图线进行比较分析，得出口一定时，核的结论。请你简要说明得到结论的方法

【答案】BD丙3（31/2（或加苏等带①2即可）见详解

【详解】（1）[1]A.在本实验中，利用控制变量法来探究向心力的大小与小球质量、角速度、半径之间的关

系。探究平抛运动的特点，例如两球同时落地，两球在竖直方向上的运动效果相同，应用了等效思想，故A

错误；

B.当一个物理量与多个物理量相关时，应采用控制变量法，探究该物理量与某一个量的关系，在探究变压

器原、副线圈电压与匝数的关系的实验中，保持原线圈输入的电压S一定，探究副线圈输出的电压S与和

匝数〃/、〃2的关系，故B正确；

C.探究两个互成角度的力的合成规律，即两个分力与合力的作用效果相同，采用的是等效替代的思想，故

c错误；

D.探究加速度与物体受力、物体质量的关系是通过控制变量法研究的，故D正确。故选BD。

⑵⑵根据代向⑷2可知，要探究向心力大小/与质量/〃关系，需控制小球的角速度和半径不变，由图可知，

两侧采用皮带传动，所以两侧具有相等的线速度，根据皮带传动的特点可知，应该选择两个塔轮的半径相

等，而且运动半径也相同，选取不同质量的小球，故图丙正确。

⑶两个球的质量相等,半径相同,由尸5球对=已知尸：尸=1:9所以0：①'=1:3

两个塔轮边缘的线速度相等v=-白u=初・二知两个变速塔轮的半径之比为广/=3:1

(3)[4]小组同学先让一个滑块做半径厂为0.14m的圆周运动，得到图甲中①图线，由①图线知厂与3不

成正比，通过分析①图线中数据可知"与“成正比，即F与"的关系图像是一条过原点的直线，即;v可

以是小，又因3变化时，滑块质量与运动半径都不变，所以x也可以是用“或”2等带“即可。

⑸探究/与「的关系时，要先控制小和/不变，因此可在r-。图像中找到同一个“对应的向心力，根据5

组向心力厂和半径〃的数据，在凡，•坐标系中描点做图，若得到一条过原点的直线，则说明