用如图甲所示的装置探究影响向心力大小的因素。已知小球在槽中A、B、C位置做圆周运动的轨迹半径之比为1：2：1，变速塔轮自上而下按如图乙所示三种方式进行组合，每层半径之比由上至下分别为1：1、2：1和3：1.

1. 用如图甲所示的装置探究影响向心力大小的因素。已知小球在槽中A、B、C位置做圆周运动的轨迹半径之比为1：2：1，变速塔轮自上而下按如图乙所示三种方式进行组合，每层半径之比由上至下分别为1：1、2：1和3：1.

(1) 在探究向心力大小与半径的关系时，为了控制角速度相同需要将传动皮带调至第（填“一”“二”或“三”）层塔轮，然后将两个质量相等的钢球分别放在（填“A和B”“A和C”或“B和C”）位置，匀速转动手柄，左侧标尺露出4格，右侧标尺露出2格，则左右两球所受向心力大小之比为；

(2) 在探究向心力大小与角速度的关系时，若将传动皮带调至图乙中的第三层，转动手柄，则左右两小球的角速度之比为。为了更精确探究向心力大小F与角速度 $\text{[math]}$ 的关系，采用接有传感器的自制向心力实验仪进行实验，测得多组数据经拟合后得到 $\text{[math]}$ 图像如图丙所示，由此可得的实验结论是。

【考点】

线速度、角速度和周期、转速; 匀速圆周运动; 向心力;

【答案】

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实验探究题普通

1. 在探究向心力大小F与小球质量m、角速度 $\text{[math]}$ 和半径r之间关系实验中：

(1) 小明同学用如图甲所示装置，转动手柄，使变速塔轮、长槽和短槽随之匀速转动。皮带分别套在塔轮的圆盘上，可使两个槽内的小球分别以不同角速度做匀速圆周运动。小球做圆周运动的向心力由横臂的挡板提供，同时，小球对挡板的弹力使弹簧测力筒下降，从而露出测力筒内的标尺，标尺上露出的红白相间的等分格数之比即为两个小球所受向心力的比值。已知小球在挡板A、B、C处做圆周运动的轨道半径之比为1：2：1，在探究向心力的大小与圆周运动半径的关系时，应选择两个质量（选填“相同”或“不同”）的小球，分别放在挡板B与挡板C处，同时选择半径（选填“相同”或“不同”）的两个塔轮进行实验。

(2) 小王同学用如图乙所示的装置进行实验。滑块套在水平杆上，随水平杆一起绕竖直杆做匀速圆周运动，力传感器通过一细绳连接滑块，用来测量向心力F的大小。滑块上固定一遮光片，宽度为d，光电门记录遮光片通过的时间，滑块的旋转半径为r，滑块随杆一起做匀速圆周运动。

①某次旋转过程中，遮光片经过光电门时的遮光时间为 $\text{[math]}$ ，则角速度 $\text{[math]}$ 。（用相关物理量符号表示）

②以 $\text{[math]}$ 为纵坐标，以 $\text{[math]}$ 为横坐标，在坐标纸中描出数据点作出一条倾斜的直线，若图像的斜率为k，则滑块的质量为（用k、r、d表示）。

实验探究题普通

2. 探究做匀速圆周运动的物体所需的向心力的大小与质量、角速度和半径之间关系的实验装置如图所示。转动手柄使长槽和短槽分别随变速塔轮匀速转动，槽内的球做匀速圆周运动。横臂的挡板对球的压力提供了向心力，球对挡板的反作用力通过横臂的杠杆作用使弹簧测力筒下降，从而露出标尺，标尺上的红白相间的等分格就能得到两个球所受向心力的比值。

(1) 若探究的是向心力与半径之间的关系，必须保持小球的、相同，这里用到的实验方法是。

(2) 某次实验中，探究的是向心力与质量之间的关系，左、右两边露出的标尺分别是1格和4格，则左、右两边所放小球的质量之比为，若探究的是向心力与角速度之间的关系，左、右两边露出的标尺分别是4格和9格，则左、右两边所放小球转动的角速度大小之比为。

实验探究题普通

3. 探究小球做匀速圆周运动向心力F大小与小球质量m、角速度ω和运动半径r之间的关系实验装置如图所示。图中，A、B、C与转动轴的距离之比为1：2：1。

(1) 该探究实验采用的实验方法与下列哪个实验相同____。 A. 测量做直线运动物体的瞬时速度 B. 探究两个互成角度的力的合成规律 C. 探究加速度与力和质量的关系

(2) 在某次实验中，某同学把两个质量相等的钢球放在A、C位置，将皮带套在半径不同的左右塔轮上。转动手柄，观察左右标尺的刻度，此时可研究向心力的大小与（选填“运动半径r”或“角速度ω”）的关系。

(3) 在（2）的实验中，某同学匀速转动手柄时，左边标尺露出1个格，右边标尺露出4个格，则皮带连接的左、右塔轮半径之比为；其他条件不变，若减小手柄转动的速度，则左右两标尺的示数将，两标尺示数的比值。（以上两空均选填“变大”、“变小”或“不变”）

实验探究题普通