某同学做“探究物体做圆周运动时向心力大小与角速度大小的关系”的实验，装置如图所示，质量为m的磁性小球（可视为质点）用细线a、b连接，细线a的另一端连接在竖直杆上的O点，细线b的另一端连接在力传感器上（力传感器固定在竖直杆上的A点且厚度不计），拉动小球，当a、b两细线都伸直且细线b水平，测得O点到A点的距离为，磁性小球到A点的距离为，磁性小球附近固定磁传感器。磁性小球被竖直杆带着以不同角速度做匀速圆周运动（细线a、b始终绷直），经过磁传感器时，磁传感器就可以记录接收n次（首次经过时记为0）磁场脉冲所用的总时间t ，力传感器记录下细线b上的拉力大小F。已知重力加速度大小为g。

1. 某同学做“探究物体做圆周运动时向心力大小与角速度大小的关系”的实验，装置如图所示，质量为m的磁性小球（可视为质点）用细线a、b连接，细线a的另一端连接在竖直杆上的O点，细线b的另一端连接在力传感器上（力传感器固定在竖直杆上的A点且厚度不计），拉动小球，当a、b两细线都伸直且细线b水平，测得O点到A点的距离为 $\text{[math]}$ ，磁性小球到A点的距离为 $\text{[math]}$ ，磁性小球附近固定磁传感器。磁性小球被竖直杆带着以不同角速度做匀速圆周运动（细线a、b始终绷直），经过磁传感器时，磁传感器就可以记录接收n次（首次经过时记为0）磁场脉冲所用的总时间t ，力传感器记录下细线b上的拉力大小F。已知重力加速度大小为g。

(1) 小球做匀速圆周运动的角速度大小＝，向心力大小 $\text{[math]}$ 。（均用m、n、t、 $\text{[math]}$ 、 $\text{[math]}$ 、 $\text{[math]}$ 中的部分符号表示）

(2) 小球以不同角速度做匀速圆周运动（细线a、b始终绷直）时细线a上的拉力大小（填“发生改变”或“保持不变”）。

(3) 某次实验时测得细线b上的拉力大小F ，从受力分析角度可知向心力大小 $\text{[math]}$ （用F、m、g、 $\text{[math]}$ 、 $\text{[math]}$ 表示）。

【考点】

牛顿第二定律; 匀速圆周运动; 向心加速度;

【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