组卷网 > 高中物理综合库 > 力学 > 曲线运动 > 圆周运动 > 向心力 > 通过牛顿第二定律求解向心力
题型:实验题 难度:0.65 引用次数:764 题号:13427117
某学校兴趣小组的同学们设计了用圆锥摆粗略验证向心力表达式的实验,备有以下实验器材:
A.秒表,B.天平,C.小钢球(质量未知),D.刻度尺,E.铁架台和细线

(1)用天平测出小钢球的质量m
(2)如图甲所示,细线上端固定在铁架台上。将画着几个同心圆的白纸置于水平桌面上,使圆心位于悬挂点O正下方。用手带动小钢球,设法使它刚好沿纸上某个半径r的圆周运动。
①若用秒表记录运动n圈的总时间为t,那么小钢球做圆周运动的向心力表达式为___________;(用题中所给物理量符号表示)
②若用刻度尺测得圆心距悬点的高度为h,那么小钢球做圆周运动的向心力表达式为___________;(用题中所给物理量符号表示)
③改变小钢球做圆周运动的半径,多次实验,得到如图乙所示的关系图像,则图线的斜率表达式为___________。(用题中所给物理量符号表示)
④依据图像上的数据,计算出图线斜率的数值,若计算出的数值等于第③问中表达式的数值,则验证向心力表达式的正确。

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【推荐1】探究向心力大小F与小球质量m、角速度ω和半径r之间关系的实验装置如图所示,转动手柄,可使变速塔轮、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ABC处做圆周运动的轨迹半径之比为1:2:1。

(1)在这个实验中,利用了_______(选填“理想实验法”“等效替代法”或“控制变量法”)来探究向心力的大小与小球质量m、角速度ω和半径r之间的关系;
(2)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C______(选填“挡板A”或“挡板B”)处,同时选择半径______(选填“相同”或“不同”)的两个塔轮;
(3)当用两个质量相等的小球做实验,调整长槽中小球的轨道半径是短槽中小球半径的2倍,转动时发现左、右标尺上露出的红白相间的等分格数之比为1:2,则左、右两边塔轮的半径之比为________
2020-11-06更新 | 2444次组卷
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【推荐2】为验证匀速圆周运动的向心力与线速度之间的定量关系,某同学设计了如下图所示的实验装置。其中是固定在竖直转轴上的水平平台,A端固定的压力传感器可测出小钢球对其压力的大小,B端固定一宽度为d的挡光片,光电门可测量挡光片每一次的挡光时间。
实验步骤如下:

①测出挡光片与转轴间的距离L
②将小钢球紧靠传感器放置在平台上,测出球心与转轴的距离r
③使平台绕转轴匀速转动;
④记录压力传感器的示数F和对应的挡光时间
⑤保持小钢球质量m和距离r不变,多次改变转动角速度,记录压力传感器示数F和对应的挡光时间
(1)小钢球转动的线速度______;(用Lrd表示)
(2)用图像法处理实验数据时,若纵轴表示F,则横轴应表示______为宜,则在误差允许范围内,图像应为一条______,其斜率的物理意义为:______。(均用mrv表示)
2022-05-13更新 | 363次组卷
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【推荐3】假设某兴趣小组在空间站“梦天”实验舱内测小滑块质量,实验装置如图1所示。转台能绕轴匀速转动,装有遮光条的小滑块放置在转台上,细线一端连接小滑块,另一端连接固定在转轴上的力传感器,计算机能通过传感器显示细线的拉力F,安装在铁架台上的光电门可以读出遮光条通过光电门的时间,兴趣小组采取了下列步骤:

①用螺旋测微器测量遮光条的宽度d
②将滑块放置在转台上,使细线刚好伸直。
③用刻度尺测量出滑块的旋转半径R
④轻推滑块,使滑块以某一角速度随轴一起匀速转动,记录力传感器和光电门的示数;依次增大滑块的角速度,并保证每次都做匀速转动,记录对应的力传感器示数F和光电门的示数
回答下列问题:
(1)本实验水平转台光滑与否对实验________(填“有”或“无”)影响。
(2)滑块匀速转动的线速度大小可由________计算得出。
(3)处理数据时,兴趣小组的同学以力传感器的示数F为纵轴,以为横轴,建立平面直角坐标系,描点后拟合为一条直线,如图2所示,测得图像的斜率为k,则滑块的质量为________(用题中已知量字母表示)。
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