某实验小组利用如图甲所示的装置探究向心力和圆周运动角速度以及运动半径的关系。带有遮光片的小球放在光滑的水平“”型槽内、槽内宽略大于球直径，“”型槽内安装带有压力传感器的挡板，挡板放置位置可调节，“”型槽固定在竖直转轴上，在电机带动下绕竖直转轴做匀速圆周运动。光电门调节到适当位置可记录遮光片遮光的时间，压力传感器可测量小球所受向心力F的大小，刻度尺可测量挡板到转轴的距离L。

1. 某实验小组利用如图甲所示的装置探究向心力和圆周运动角速度以及运动半径的关系。带有遮光片的小球放在光滑的水平“

”型槽内、槽内宽略大于球直径，“

”型槽内安装带有压力传感器的挡板，挡板放置位置可调节，“

”型槽固定在竖直转轴上，在电机带动下绕竖直转轴做匀速圆周运动。光电门调节到适当位置可记录遮光片遮光的时间 $\text{[math]}$ ，压力传感器可测量小球所受向心力F的大小，刻度尺可测量挡板到转轴的距离L。

(1) 用游标卡尺测量遮光片宽度d ，如图乙所示，则d＝mm；

(2) 保持挡板位置不变，改变转动快慢，以F为纵坐标，以（填“ $\text{[math]}$ ”、“ $\text{[math]}$ ”、或“ $\text{[math]}$ ”）为横坐标，作出的图像是正比例函数；

(3) 保持转动角速度不变，改变挡板位置，作出F-L图像，若考虑小球半径对实验的影响，所作的F-L图像应该是____ A.

B.

C.

D.

【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. 某实验小组为了验证小球所受向心力与角速度、半径的关系，设计了如图甲所示的实验装置，转轴 $\text{[math]}$ 由小电机带动，转速可调，固定在转轴上 $\text{[math]}$ 点的力传感器通过轻绳连接一质量为 $\text{[math]}$ 的小球，一根固定在转轴上的光滑水平直杆穿过小球，保证小球在水平面内转动，直杆最外边插一小遮光片 $\text{[math]}$ ，小球每转一周遮光片 $\text{[math]}$ 通过右边光电门时可记录遮光片最外边的挡光时间，某次实验操作如下：（1）

(1) 用螺旋测微器测量遮光片 $\text{[math]}$ 的宽度 $\text{[math]}$ ，测量结果如图乙所示，则 $\text{[math]}$ $\text{[math]}$ 。

(2) 如图甲所示，安装好实验装置，用刻度尺测量遮光片最外端到转轴 $\text{[math]}$ 点的距离记为，测量小球球心到转轴 $\text{[math]}$ 点的距离记为 $\text{[math]}$ 。开动电动机，让小球转动起来，某次遮光片通过光电门时光电门计时为 $\text{[math]}$ ，则小球此时的角速度等于。 $\text{[math]}$ 用字母 $\text{[math]}$ 、 $\text{[math]}$ 、 $\text{[math]}$ 、 $\text{[math]}$ 中的部分字母表示 $\text{[math]}$

(3) 验证向心力与半径关系时，让电动机匀速转动，遮光片 $\text{[math]}$ 每次通过光电门的时间相同，调节小球球心到转轴 $\text{[math]}$ 点的距离 $\text{[math]}$ 的长度，测出每一个 $\text{[math]}$ 的长度以及其对应的力传感器的读数 $\text{[math]}$ ，得出多组数据，画出 $\text{[math]}$ 的关系图像应该为。

(4) 验证向心力与角速度关系时让小球球心到转轴 $\text{[math]}$ 点距离 $\text{[math]}$ 不变，调节电动机转速，遮光片 $\text{[math]}$ 每次通过光电门的时间不同，记录某次挡光时间 $\text{[math]}$ 同时记录此时力传感器的读数 $\text{[math]}$ ，得出多组 $\text{[math]}$ 与 $\text{[math]}$ 的数据，为了准确验证小球所受向心力 $\text{[math]}$ 与角速度 $\text{[math]}$ 的关系，利用实验测量应画 $\text{[math]}$ 选填“ $\text{[math]}$ ”“ $\text{[math]}$ ”“ $\text{[math]}$ ”或“ $\text{[math]}$ ” $\text{[math]}$ 关系图。

实验探究题普通

2. 某物理兴趣小组利用传感器进行“探究向心力大小F与半径r、角速度 $\text{[math]}$ 、质量m的关系”实验，实验装置如图甲所示，装置中水平光滑直杆能随竖直转轴一起转动，将滑块套在水平直杆上，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杆一起匀速转动时，细线的拉力提供滑块做圆周运动的向心力。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。

(1) 小组同学先让一个滑块做半径r为0.20m的圆周运动。得到图乙中②图线。然后保持滑块质量不变。再将运动的半径r分别调整为0.14m，0.16m，0.18m，0.22m，在同一坐标系中又分别得到图乙中⑤、④、③、①四条图线。

(2) 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. 探究弹簧的弹力与形变量间的关系 B. 探究两个互成角度的力的合成规律 C. 探究加速度与物体受力、物体质量的关系 D. 探究平抛运动的特点

(3) 对②图线的数据进行处理，获得了 $\text{[math]}$ 图像，如图丙所示，该图像是一条过原点的直线，则图像横坐标x代表的是（用半径r、角速度 $\text{[math]}$ 、质量m表示）。

(4) 对5条 $\text{[math]}$ 图线进行比较分析，做 $\text{[math]}$ 图像，得到一条过坐标原点的直线，则该直线的斜率为（用半径r、角速度 $\text{[math]}$ 、质量m表示）。

实验探究题普通

3. 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ω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小球的质量、运动半径相同时，小球受到的向心力与角速度的平方成正比。

实验探究题普通