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的向心力F与小球质量m、运动半径r和角速度ω之间的关系。实验时，将铝球或者钢球分别放在短槽的C处和长槽的A或B处，转动手柄，通过左右两侧塔轮漏出的标尺，可以得到两小球的向心力大小之比。A到左塔轮中心的距离与C到右塔轮中心的距离相等，B到左塔轮中心的距离是A到左塔轮中心距离的2倍（如图乙所示）；左右塔轮每层半径之比自上而下分别是1∶1、2∶1和3∶1（如图丙所示）。已知钢球质量为铝球质量的3倍，请回答下列问题：

1. 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的向心力F与小球质量m、运动半径r和角速度ω之间的关系。实验时，将铝球或者钢球分别放在短槽的C处和长槽的A或B处，转动手柄，通过左右两侧塔轮漏出的标尺，可以得到两小球的向心力大小之比。A到左塔轮中心的距离与C到右塔轮中心的距离相等，B到左塔轮中心的距离是A到左塔轮中心距离的2倍（如图乙所示）；左右塔轮每层半径之比自上而下分别是1∶1、2∶1和3∶1（如图丙所示）。已知钢球质量为铝球质量的3倍，请回答下列问题：

(1) 在研究向心力的大小F与质量m、角速度ω和半径r之间的关系时我们主要用到了物理学中的____方法； A. 理想实验法 B. 等效替代法 C. 控制变量法 D. 演绎法

(2) 在研究向心力的大小F与质量m关系时，要保持____相同； A. ω和r B. ω和m C. m和r

(3) 当我们在乙图中选择左塔轮1和右塔轮b ，在丙图中选择A进行实验，研究的应该是之间的关系（选填“F与m”、“F与r”或“F与ω”）；

(4) 在乙图中选择左塔轮2和右塔轮b ，在丙图中选择C进行实验，左塔轮漏出标尺的长度和右塔轮漏出标尺的长度之比为____。 A. 1∶4 B. 2∶3 C. 2∶9 D. 4∶9

【考点】

牛顿第二定律; 匀速圆周运动; 向心力;

【答案】

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实验探究题普通

1. 用轻杆、小球和硬纸板等材料可以制作一个简易加速度计。在轻杆上端装上转轴，固定于竖直纸板上的O点，轻杆下端固定一小球，杆可在竖直平面内自由转动，在纸板上作出刻度盘，将此装置固定于运动的物体上，便可粗略测量运动物体的加速度。

(1) 将此装置固定在一个水平向右运动的物体上，发现轻杆摆动后稳定在如图所示的位置，则可判断物体向右做。（填“匀速直线运动”、“匀加速直线运动”或“匀减速直线运动”）

(2) 为了测得物体运动的加速度，除已测量的当地重力加速度g外，还应测量的物理量是。（填选项代号） A. 小球的质量m B. 小球的直径d C. 轻杆的长度L D. 轻杆与竖直方向的夹角θ

(3) 物体运动的加速度与上述所测物理量之间的关系式为a=。（用所测物理量的字母表示）

实验探究题普通

2. 某同学用如图甲所示的装置测定滑块与木板间的动摩擦因数及木板的质量。将力传感器A固定在光滑水平桌面上，并与计算机连接，传感器A的读数记为 $\text{[math]}$ ，测力端通过细绳与一滑块相连（调节力传感器高度使细绳水平），滑块起初放在较长的木板的最右端（滑块可视为质点），长木板的左、右两端连接有光电门（图中未画出），光电门连接的计时器可记录滑块在两光电门之间的运动时间。已知木板长为L，木板一端连接一根轻绳，并跨过光滑的轻质定滑轮连接一测力计和一只空砂桶（调节滑轮使桌面上部轻绳水平），测力计的读数记为 $\text{[math]}$ ，初始时整个装置处于静止状态。实验开始后向空砂桶中缓慢倒入砂子。（重力加速度 $\text{[math]}$ ）

(1)木板未滑动前 $\text{[math]}$ $\text{[math]}$ （填“>”“<”或“=”）；

(2)缓慢倒入砂子时， $\text{[math]}$ 的读数缓慢增大到 $\text{[math]}$ 时突变为 $\text{[math]}$ ，测出滑块的质量为 $\text{[math]}$ ，则滑块与木板间的动摩擦因数为；

(3)在木板开始滑动后，测出在砂桶中装有质量不同的砂子时，滑块通过两光电门的时间间隔t，则木板的加速度为（用字母表示），在坐标系中作出 $\text{[math]}$ 的图线如图乙所示，则图中的纵截距为N（填数字），若图线的斜率为k，则木板的质量为（用题中所给字母表示）。

实验探究题普通

3. 某同学用如图所示装置做探究向心力大小与角速度大小的关系。装置中水平光滑直杆随竖直转轴一起转动，一个滑块套在水平光滑杆上，用细线将滑块与固定在竖直转轴上的力传感器连接，细绳处于水平伸直状态，当滑块随水平杆一起匀速转动时，细线的拉力就是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轻质角速度传感器测得。

(1) 要探究向心力与角速度的大小关系，则需要采用____。 A. 控制变量法 $\text{[math]}$ 等效替代法 $\text{[math]}$ 微元法 $\text{[math]}$ 放大法

(2) 保持滑块的质量和到竖直转轴的距离 $\text{[math]}$ 不变，仅多次改变竖直转轴转动的快慢，测得多组力传感器的示数 $\text{[math]}$ 及角速度传感器的示数 $\text{[math]}$ ，根据实验数据得到 $\text{[math]}$ 的图线斜率为 $\text{[math]}$ ，则滑块的质量为。 $\text{[math]}$ 用题目中的字母表示 $\text{[math]}$

(3) 若水平杆不光滑，根据 $\text{[math]}$ 得到图线的斜率将。 $\text{[math]}$ 填“增大”“不变”或“减小” $\text{[math]}$ 。

实验探究题普通