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:353 题号:15796529
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)

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【推荐1】人造卫星绕地球做匀速圆周运动时处于完全失重状态,所以在这种环境中已无法用天平称量物体的质量。为了在这种环境测量物体的质量,某科学小组设计了如图所示的装置(图中O为光滑的小孔):给待测物体一个初速度,使它在桌面上做匀速圆周运动。设卫星中具有基本测量工具。

(1)实验时物体与桌面间的摩擦力可以忽略不计,原因是___________
(2)实验时需要测量的物理量有:圆周运动周期T______________________
(3)待测质量的表达式为m=___________。(用上小题中的物理量表示)
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【推荐2】某实验小组通过如图所示的装置验证向心力公式。一个体积较小,质量为m的滑块套在水平杆上(不会翻到),力传感器通过一根细绳连接滑块,用来测量绳中拉力F的大小,最初整个装置静止,细绳刚好伸直但无张力,然后让整个装置逐渐加速转动,最后滑块随杆一起绕竖直杆做匀速圆周运动。滑块的中心固定一块挡光片,宽度为d,滑块的中心到转轴的距离为L,每经过光电门一次,通过力传感器和光电计时器就同时获得一组细绳拉力F和挡光片经过光电门时的挡光时间的数据。

(1)某次旋转过程中挡光片经过光电门时的挡光时间为,则滑块转动的线速______
(2)认为绳的张力充当向心力,如果______(用已知量和待测量的符号表示),则向心力的表达式得到验证。
(3)该小组验证向心力的表达式时,经多次实验,仪器正常,操作和读数均没有问题,发现拉力F的测量值与滑块的向心力的理论值相比______(填“偏大”或“偏小”),主要原因是____________
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【推荐3】甲同学利用留迹法做平抛运动实验,在饮料瓶侧面开一小孔,让水流水平射出,并用照相机拍下了某时刻的水柱轨迹,冲洗后的照片和实物的尺寸比例为1∶4。利用部分轨迹在水平方向和竖直方向建立坐标轴(如图a),取轨迹上三个点ABC点的坐标分别为,重力加速度g。通过处理实验数据可得:


(1)该时刻水柱初速度大小为______m/s;
(2)水柱上B点的速度大小为______m/s;


(3)图b所示为乙同学设计的实验装置,每次将质量为m的小球从半径为R的四分之一圆弧形轨道不同位置静止释放,并在弧形轨道最低点水平部分处装有压力传感器测出小球对轨道压力的大小F。在轨道最低点右侧水平距离为处固定一等高竖直挡板,实验获得小球在竖直面上的下落距离y,处理数据后作出了如图c所示的图象,则由图可求得小球的质量______kg,四分之一圆弧形轨道半径______m。
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