2025屆新高考物理熱點沖刺復習

實驗

探究向心力大小的表達式知識回顧【課程標準】對本章的要求

實驗五：探究平拋運動的規律實驗六：探究勻速圓周運動向心力大小與半徑、角速度、質量的關系知識回顧一、實驗目的1．定性分析向心力的大小與什么因素有關。2．學會使用向心力演示儀。3．探究向心力大小與半徑、角速度和質量的定量關系。知識回顧二、實驗儀器知識回顧三、實驗設計

采用控制變量法(1)在小球的質量和角速度不變的條件下，改變小球做圓周運動的半徑。(2)在小球的質量和圓周運動的半徑不變的條件下，改變小球的角速度。(3)換用不同質量的小球，在角速度和半徑不變的條件下，重復上述操作。四、數據處理

分別作出Fn－ω2、Fn－r、Fn－m的圖像，分析向心力與角速度、半徑、質量之間的關系，并得出結論。五、實驗結論F∝mω2r【2024海南】水平圓盤上緊貼邊緣放置一密度均勻的小圓柱體，如圖（a）所示，圖（b）為俯視圖，測得圓盤直徑D=42.02cm，圓柱體質量

m=30.0g，圓盤繞過盤心O1的豎直軸勻速轉動，轉動時小圓柱體相對圓盤靜止。

為了研究小圓柱體做勻速圓周運動時所需要的向心力情況，某同學設計了如下實驗步驟：

(1)用秒表測圓盤轉動10周所用的時間t=62.8s，則圓盤轉動的角速度

ω=

rad/s（π取3.14）1【2024海南】水平圓盤上緊貼邊緣放置一密度均勻的小圓柱體，如圖（a）所示，圖（b）為俯視圖，測得圓盤直徑D=42.02cm，圓柱體質量m=30.0g，圓盤繞過盤心O1的豎直軸勻速轉動，轉動時小圓柱體相對圓盤靜止。

(2)用游標卡尺測量小圓柱體不同位置的直徑，某次測量的示數如圖（c）所示，該讀數d=

mm，多次測量后，得到平均值恰好與d相等。

(3)寫出小圓柱體所需向心力表達式F=

（用D、m、ω、d表示），其大小為

N（保留2位有效數字）16.2

6.1×10-3【2023浙江1月】“探究向心力大小的表達式”實驗裝置如圖所示。

①采用的實驗方法是（

）;

A.控制變量法

B.等效法

C.模擬法

②在小球質量和轉動半徑相同的情況下,逐漸加速轉動手柄到一定速度后保持勻速轉動。此時左右標尺露出的紅白相間等分標記的比值等于兩小球的

之比(填“線速度大小”“角速度平方”或“周期平方”);在加速轉動手柄過程中,左右標尺露出紅白相間等分標記的比值

（填“不變”“變大”或“變小”)。A角速度平方不變

【例1】如圖是向心力演示儀的示意圖，長槽4、短槽5和左右塔輪2和3分別固定在一起。勻速轉動手柄1，通過皮帶帶動左、右兩個變速塔輪2和3隨之勻速轉動，放在長槽和短槽內小球將在水平面內做勻速圓周運動。圖中橫臂6對小球的彈力提供小球做圓周運動的向心力，同時由于橫臂的彈力也使測力套筒7下降，從而露出標尺，標尺8上露出的紅白相間等分格子的多少可以顯示出兩個球所受向心力的大小(標尺最多可以露出7格)。已知小球放在A1和B兩個位置時，轉動半徑相同，放在A1和A2兩個位置時，轉動半徑之比為1∶2，通過調節皮帶的位置，可以給左、右兩個塔輪提供三個擋位：即轉速比分別是1∶1、1∶2和1∶3。

(1)應使用____________(選填“等效替代法”“控制變量法”或“類比法”)來探究影響向心力大小的因素。控制變量法

【例1】(2)在探究向心力與質量的關系時，選用轉速比為1∶1的擋位，兩個不同質量的小球分別放在擋板B和擋板________(選填“A1”或“A2”)處。

(3)在探究向心力與角速度的關系時，在選取轉速比為1∶3的擋位時，由于標尺露出的格數有限，無法觀察到1∶9的格數比。根據(2)問中探究得到的向心力與質量成正比的結果，可以選用質量比為3∶1的小球，這樣當觀察到標尺露出紅白相間的等分格數之比為________時，就可以說明向心力與角速度的平方成正比。A11:3【例2】如圖甲所示，利用向心力演示器探究做圓周運動的小球，當質量、半徑一定時，所需向心力大小F與角速度ω之間關系。

(1)如圖乙所示，若傳動皮帶套在塔輪第二層，左、右塔輪半徑R1、R2之比為2∶1，則塔輪轉動時，A、C兩處的角速度之比為________。

(2)圖中標尺上黑白相間的等分格顯示如圖丙，則A、C兩處鋼球所受向心力的大小之比約為________。

(3)由此實驗，得到的結論是_____________________________。1:21:4當質量、半徑一定時，所需向心力大小F與角速度的平方ω2成正比關系【例3】物理創新實驗研究小組用步進電機、圓盤、小物塊、手機等制作了圓周運動綜合探究平臺，探究圓周運動中向心力、向心加速度等各個物理量之間的關系。

(1)手機內部自帶加速度傳感器，可測量向心加速度大小與方向，規定x、y、z三個方向的正方向如圖甲所示。某同學站在轉臺上將手水平伸直，以不同朝向拿著手機，以自己身體為軸旋轉，某段時間內測得y軸方向加速度時間圖像如圖乙所示，x、z軸方向加速度為零，則該同學可以是________(填選項前的字母)。

A．將手機豎起，手機屏幕正對自己旋轉

B.手機平放在手掌上，屏幕朝上，讓底邊對著自己旋轉

C.手機平放在手掌上，屏幕朝上，讓側邊對著自己旋轉B【例3】(2)為了測加速度傳感器在手機中位置，該同學如圖丙所示將手機沿徑向平放固定在圓盤上，底邊正對圓盤轉軸，讓步進電機帶動圓盤旋轉，手機的加速度、角速度等值可通過手機appphyphox讀取，由an－ω2的圖像獲得斜率為k(使用國際單位)，再用刻度尺測量手機底邊到轉軸的長度d，如圖丙，則d＝_

__

_____m。手機內部加速度傳感器到手機底邊的長度為_

_______(用題目所給的物理量表示)。

0.1015～0.1017k-d【例3】(2)為了測加速度傳感器在手機中位置，該同學如圖丙所示將手機沿徑向平放固定在圓盤上，底邊正對圓盤轉軸，讓步進電機帶動圓盤旋轉，手機的加速度、角速度等值可通過手機appphyphox讀取，由an－ω2的圖像獲得斜率為k(使用國際單位)，再用刻度尺測量手機底邊到轉軸的長度d，如圖丙，則d＝________m。手機內部加速度傳感器到手機底邊的長度為_

_______(用題目所給的物理量表示)。

(3)手機中有光照傳感器，用手電筒在圓盤固定位置打光，手機旋轉時記錄光照強度周期性變化如圖丁所示，則手機旋轉的周期為________s(保留2位小數)。測得手機的質量為m，周期為T，手機視為質點，手機到轉軸的距離為r，可求得向心力Fn＝______(用題目所給的物理量表述)。0.1015～0.1017k-d2.03

偏小鋼球的質量m和軌道半徑r【例5】某同學用如圖甲所示的裝置研究圓周運動的向心力與線速度的關系。細線的一端系住鋼球，另一端連接在固定于鐵架臺上端的力傳感器上，直徑遠小于細線長度的鋼球靜止于A點，將光電門固定在A的正下方，鋼球底部豎直地粘住一片輕質遮光條。

(1)如圖乙所示，用游標卡尺測得遮光條寬度x＝________mm。4.20【例5】(2)將鋼球拉至不同位置由靜止釋放，讀出鋼球經過A點時力傳感器的讀數F及光電門的遮光時間Δt，并算出經過A點時鋼球的速度的平方值，記錄數據如下：

請根據表中數據在圖丙中描點，其中有5個數據點已描出，請補全第5個數據點，并作出向心力Fn與線速度平方v2的關系圖像。

(3)根據數據和圖像，得到的實驗結論是：

______________________________________。說明在鋼球的質量和細線的長度一定的情況下，在誤差允許的范圍內圓周運動的向心力大小與線速度的平方成正比。1.某物理興趣小組為了驗證向心力公式，設計了如圖所示的裝置：給待測物體一個初速度，使它在水平桌面上做勻速圓周運動，細線與桌面小孔之間的摩擦力、物體與桌面間的摩擦力均可以忽略。已知物體的質量為m，彈簧的勁度系數為k。興趣小組擁有的測量工具為刻度尺和秒表。

(1)實驗時需要測量的物理量有________、________

和________(寫出描述物理量的文字和符號)。

(2)驗證的向心力公式是________。

(用題中所給的字母表示)物體在水平桌面上轉動一周所用的時間T物體在水平桌面上做勻速圓周運動的半徑r彈簧的伸長量x

2.某實驗小組用如圖甲所示的裝置探究向心力大小與周期、半徑之間的關系，輕繩一端系著小球，另一端固定在豎直桿上的力傳感器上，小球套在光滑水平桿上。水平桿在電動機帶動下可以在水平面內繞豎直桿勻速轉動。已知小球質量為m，小球做圓周運動的半徑為r，電子計數器可記錄桿做圓周運動的圈數n，用秒表記錄小球轉動n圈的時間為t。

(1)若保持小球運動半徑不變，僅減小運動周期，小球

受到的拉力將________；若保持小球運動的周期不變，

僅減小運動半徑，小球受到的拉力將________。(以上

兩空均選填“變大”“變小”或“不變”)

變大變小

①3.如圖甲所示的是某興趣小組設計的驗證向心力大小表達式的實驗裝置。在O處固定一力傳感器，其下方用細線懸掛一所受重力為G0的小球，在小球靜止的最低點A處固定一光電門。(含有數據采集器及配套設施的光電門和力傳感器均未畫出)實驗時，首先用刻度尺測出小球靜止時懸點O到球心的距離L，然后將小球從最低點A處拉升到一定高度后(保持細線繃緊)由靜止釋放。釋放后，小球做(部分)圓周運動，當小球運動到A處時采集一組數據：力傳感器的示數F和小球通過光電門的遮光時間Δt。之后每隔10到15s采集一組F、Δt的數據，共采集6～10組。改變小球做圓周運動的半徑L，重復上述步驟。根據采集的數據，作出的圖像如圖乙所示。

(1)圖乙是以________為縱坐標作出的(用已知量和測量量的字母表示)。F－G03.(2)根據圖乙中的任意一條圖線均可得到：做圓周運動的物體，當質量和________一定時，向心力的大小與線速度或角速度的平方成正比。

(3)若在圖乙中橫坐標上取某一值，圖乙中的每一條圖線對應的縱坐標的值與相應的半徑的________(選填“乘積”或“比值”)相等，則可得：做圓周運動的物體，當質量和線速度的大小一定時，向心力的大小與半徑成反比。

(4)實驗中，每次改變小球做圓周運動的半徑L后，小球由靜止釋放的位置距最低點的高度________。

A．必須相同

B．必須不同

C．可以相同，也可以不同半徑乘積C3．某同學用如圖甲所示的裝置與傳感器結合，探究向心力大小的表達式。實驗時用手撥動擋光桿旋臂使其做圓周運動，力傳感器和光電門固定在實驗裝置上，測量角速度和向心力。

(1)測得擋光桿的寬度為1mm，擋光