2023屆高三物理復(fù)習(xí)重難點(diǎn)突破29 實(shí)驗(yàn)：探究向心力大小與半徑、角速度、質(zhì)量的關(guān)系（原卷版）.docx

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實(shí)驗(yàn)：探究向心力大小與半徑、角速度、質(zhì)量的關(guān)系一．實(shí)驗(yàn)思路采用控制變量法探究(1)使兩物體的質(zhì)量、轉(zhuǎn)動(dòng)的半徑相同,探究向心力的大小跟轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度的定量關(guān)系;(2)使兩物體的質(zhì)量、轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度相同,探究向心力的大小跟轉(zhuǎn)動(dòng)的半徑的定量關(guān)系;(3)使兩物體轉(zhuǎn)動(dòng)的半徑、轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度相同,探究向心力的大小跟物體質(zhì)量的定量關(guān)系。二．實(shí)驗(yàn)器材如圖，向心力演示器、質(zhì)量不等的小球．三．實(shí)驗(yàn)步驟(1)分別將兩個(gè)質(zhì)量相等的小球放在實(shí)驗(yàn)儀器的兩個(gè)小槽中，且小球到轉(zhuǎn)軸(即圓心)距離相同即圓周運(yùn)動(dòng)半徑相同．將皮帶放置在適當(dāng)位置使兩轉(zhuǎn)盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)，記錄不同角速度下的向心力大小(格數(shù))．(2)分別將兩個(gè)質(zhì)量相等的小球放在實(shí)驗(yàn)儀器的長(zhǎng)槽和短槽兩個(gè)小槽中，將皮帶放置在適當(dāng)位置使兩轉(zhuǎn)盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)角速度相等、小球到轉(zhuǎn)軸(即圓心)距離不同即圓周運(yùn)動(dòng)半徑不等，記錄不同半徑的向心力大小(格數(shù))．(3)分別將兩個(gè)質(zhì)量不相等的小球放在實(shí)驗(yàn)儀器的兩個(gè)小槽中，且小球到轉(zhuǎn)軸(即圓心)距離相同即圓周運(yùn)動(dòng)半徑相等，將皮帶放置在適當(dāng)位置使兩轉(zhuǎn)盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)角速度相等，記錄不同質(zhì)量下的向心力大小(格數(shù))．四．?dāng)?shù)據(jù)處理分別作出Fn－ω2、Fn－r、Fn－m的圖像，分析向心力大小與角速度、半徑、質(zhì)量之間的關(guān)系，并得出結(jié)論．五．實(shí)驗(yàn)結(jié)論1．在質(zhì)量和半徑一定的情況下，向心力的大小與角速度的平方成正比。2．在質(zhì)量和角速度一定的情況下，向心力的大小與半徑成正比。3．在半徑和角速度一定的情況下，向心力的大小與質(zhì)量成正比。六．注意事項(xiàng)搖動(dòng)手柄時(shí)應(yīng)力求緩慢加速，注意觀察其中一個(gè)標(biāo)尺的格數(shù)．達(dá)到預(yù)定格數(shù)時(shí)，即保持轉(zhuǎn)速恒定，觀察并記錄其余讀數(shù)．1.用如圖所示的裝置可以“探究做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體向心力的大小與哪些因素有關(guān)”。 勻速轉(zhuǎn)動(dòng)手柄1，可以使變速塔輪2和3以及長(zhǎng)槽4和短槽5隨之勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，槽內(nèi)的小球也隨著做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。左右塔輪通過(guò)皮帶連接，可通過(guò)改變皮帶所處的層來(lái)改變左右塔輪的角速度之比，使小球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的向心力由橫臂6的擋板對(duì)小球的壓力提供。球?qū)醢宓姆醋饔昧?，通過(guò)橫臂的杠桿作用使彈簧測(cè)力套筒7下降，從而露出標(biāo)尺8。根據(jù)標(biāo)尺8上露出的紅白相間等分標(biāo)記，可以粗略計(jì)算出兩個(gè)球所受向心力的比值。（1）本實(shí)驗(yàn)采用的科學(xué)研究方法是______（填字母代號(hào)）。A．控制變量法　　B．累積法　　C．微元法（2）把兩個(gè)質(zhì)量相同的小球分別放在長(zhǎng)槽和短槽內(nèi)，使它們的轉(zhuǎn)動(dòng)半徑相同，將塔輪上的皮帶分別置于第一層、第二層和第三層，勻速轉(zhuǎn)動(dòng)手柄，可以探究______（填字母代號(hào)）。A．向心力的大小與質(zhì)量的關(guān)系B．向心力的大小與半徑的關(guān)系C．向心力的大小與角速度的關(guān)系2.用如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置來(lái)探究小球做圓周運(yùn)動(dòng)所需向心力的大小F與質(zhì)量m、角速度ω和半徑r之間的關(guān)系，轉(zhuǎn)動(dòng)手柄使長(zhǎng)槽和短槽分別隨變速塔輪勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，槽內(nèi)的球就做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。橫臂的擋板對(duì)球的壓力提供了向心力，球?qū)醢宓姆醋饔昧νㄟ^(guò)橫臂的杠桿作用使彈簧測(cè)力套筒下降，從而露出標(biāo)尺，標(biāo)尺上的紅白相間的等分格顯示出兩個(gè)小球所受向心力的比值。實(shí)驗(yàn)用球分為鋼球和鋁球，請(qǐng)回答相關(guān)問(wèn)題：（1）在某次實(shí)驗(yàn)中，某同學(xué)把兩個(gè)質(zhì)量相等的鋼球放在A、C位置，A、C到塔輪中心距離相同，將皮帶處于左右塔輪的半徑不等的層上。轉(zhuǎn)動(dòng)手柄，觀察左右標(biāo)出的刻度，此時(shí)可研究向心力的大小與_______的關(guān)系。A．質(zhì)量m???????B．角速度ω???????C．半徑r （2）在（1）的實(shí)驗(yàn)中，某同學(xué)勻速轉(zhuǎn)動(dòng)手柄時(shí)，左邊標(biāo)尺露出4個(gè)格，右邊標(biāo)尺露出1個(gè)格，則皮帶連接的左、右塔輪半徑之比為_(kāi)______；其他條件不變，若增大手柄轉(zhuǎn)動(dòng)的速度，則左右兩標(biāo)尺示數(shù)的比值_______。（選填：變大、變小或不變）3．（2022·黑龍江·哈爾濱市第十一中學(xué)校高一期中）用如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置研究影響向心力大小的因素。長(zhǎng)槽上的擋板B到轉(zhuǎn)軸的距離是擋板A的2倍，長(zhǎng)槽上的擋板A和短槽上的擋板C到各自轉(zhuǎn)軸的距離相等。轉(zhuǎn)動(dòng)手柄使長(zhǎng)槽和短槽分別隨變速塔輪勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，槽內(nèi)的球就做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。擋板對(duì)球的壓力提供了向心力，球?qū)醢宓姆醋饔昧νㄟ^(guò)橫臂的杠桿作用使彈簧力筒下降，從而露出標(biāo)尺，根據(jù)標(biāo)尺上的等分格可以粗略計(jì)算出兩個(gè)球所受向心力的比值。（1）當(dāng)傳動(dòng)皮帶套在兩塔輪半徑不同的輪盤(pán)上，套有皮帶的塔輪邊緣處的___________大小相等：（填“線速度”或“角速度”）（2）探究向心力與半徑的關(guān)系時(shí)，應(yīng)將皮帶套在兩塔輪半徑___________（填“相同”或“不同”）的輪盤(pán)上，將質(zhì)量相同的小球分別放在哪兩個(gè)處擋板________？A．“A”處和“B”處???????????????B．“A”處和“C”處?????????????C．“B”處和“C”處（3）探究向心力與角速度的關(guān)系時(shí)，應(yīng)將皮帶套在兩塔輪半徑___________（填“相同”或“不同”）的輪盤(pán)上，將質(zhì)量相同的小球分別放在哪兩處擋板__________？A．“A”處和“B”處?????????????????B．“A”處和“C”處?????????????C．“B”處和“C”處4．利用如圖所示的裝置可以探究影響向心力大小的因素。將小球放置在橫臂的擋板處，轉(zhuǎn)動(dòng)手柄使長(zhǎng)槽和短槽分別隨變速塔輪勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，兩小球隨之做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。橫臂的擋板對(duì)小球的壓力提供了小球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的向心力，小球?qū)醢宓姆醋饔昧νㄟ^(guò)橫臂的杠桿作用使彈簧測(cè)力筒下降，從而露出標(biāo)尺，可顯示兩小球所受向心力的大小情況。已知長(zhǎng)槽橫臂的擋板A和短槽橫臂的擋板C到各自轉(zhuǎn)軸的距離相等。若將甲、乙兩個(gè)相同小球分別置于擋板A和擋板C處，勻速轉(zhuǎn)動(dòng)手柄，穩(wěn)定后兩小球所需向心力大小之比F1:F2=1:4，則兩小球的角速度之比ω1:ω2=______________。此時(shí)傳動(dòng)皮帶所連接的左、右兩塔輪半徑之比為r1:r2=_______________。若兩個(gè)鋼球的質(zhì)量和半徑都相同，則是在研究向心力的大小F與_________（選填下列選項(xiàng)前的字母）的關(guān)系； A．鋼球質(zhì)量m???????????????????????????????????B．運(yùn)動(dòng)半徑R????????????????????????????????C．角速度ω5．如圖為“向心力演示儀”及配套小球圖示，圖中1、2、3為放置小球的卡槽，卡槽1和3到各自轉(zhuǎn)軸的距離相等；變速盤(pán)由左右兩部分構(gòu)成，兩側(cè)各有三個(gè)半徑不等的圓盤(pán)。實(shí)驗(yàn)中左右圓盤(pán)可通過(guò)皮帶連接，轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)子時(shí)左右套筒下降，標(biāo)尺露出的格子數(shù)可顯示小球轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中向心力大小。結(jié)合圖示，完成下列問(wèn)題：（1）若要演示“r和ω一定時(shí)，向心力與m成正比”，可將鋼球置于圖中卡槽3處，將________（選填“鋼”或“鋁”）球置于卡槽________處，且左右兩側(cè)轉(zhuǎn)盤(pán)半徑滿(mǎn)足r左________r右（選填“>”或“=”或“<”）；（2）若選用兩個(gè)鋼球分別置于卡槽3和2處，則此時(shí)可進(jìn)行演示的是“m和________一定時(shí)，向心力與________成正比”（選填“r”或“ω2”）。6．（2022·福建漳州·高一期末）用向心力演示器探究小球做圓周運(yùn)動(dòng)所需向心力F的大小與質(zhì)量m、角速度ω、軌道半徑r之間的關(guān)系，裝置如圖所示，長(zhǎng)槽上的擋板B到轉(zhuǎn)軸的距離是擋板A的2倍，擋板A和短槽上的擋板C到各自轉(zhuǎn)軸的距離相等。轉(zhuǎn)動(dòng)手柄使塔輪、長(zhǎng)槽和短槽勻速轉(zhuǎn)動(dòng)槽內(nèi)的小球就做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。擋板對(duì)球的壓力提供了向心力，球擠壓擋板的力使擋板另一端壓縮測(cè)力套筒的彈簧，從而露出標(biāo)尺，該讀數(shù)即顯示了向心力的大小。（1）該實(shí)驗(yàn)主要用到的物理方法是___________（填正確答案標(biāo)號(hào)）；A．等效替代法????????B．控制變量法???C．理相實(shí)驗(yàn)法??????D．放大法（2）當(dāng)傳動(dòng)皮帶套在半徑不同的兩塔輪輪盤(pán)上，轉(zhuǎn)動(dòng)手柄，兩塔輪的角速度___________（填“相等”或“不相等”）。（3）下列操作正確的是___________（填正確答案標(biāo)號(hào)）A．探究F的大小與r間的關(guān)系時(shí)，應(yīng)將相同的小球分別放在擋板A處和擋板B處，并將皮帶套在兩邊半徑相等的變速塔輪上 B．探究F的大小與r間的關(guān)系時(shí)，應(yīng)將相同的小球分別放在擋板B處和擋板C處，并將皮帶套在兩邊半徑相等的變速塔輪上C．探究F的大小與ω間的關(guān)系時(shí)，應(yīng)將相同的小球分別放在擋板A處和擋板C處，并將皮帶套在兩邊半徑不同的變速塔輪上D．探究F的大小與ω間的關(guān)系時(shí)，應(yīng)將相同的小球分別放在擋板B處和擋板C處，并將皮帶套在兩邊半徑不同的變速塔輪上7．（2023·全國(guó)·高三專(zhuān)題練習(xí)）探究向心力大小F與物體的質(zhì)量m、角速度ω和軌道半徑r的關(guān)系實(shí)驗(yàn)。（1）本實(shí)驗(yàn)所采用的實(shí)驗(yàn)探究方法與下列哪個(gè)實(shí)驗(yàn)是相同的__________；A．探究平拋運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)B．探究?jī)蓚€(gè)互成角度的力的合成規(guī)律C．探究加速度與物體受力、物體質(zhì)量的關(guān)系（2）一組同學(xué)用向心力演示器進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)情境如圖甲、乙、丙所示。三個(gè)情境圖中，探究向心力大小F與質(zhì)量m關(guān)系的是圖__________（選填“甲”、“乙”、“丙”）。（3）另一組同學(xué)用如下圖所示實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行探究，圓柱體放置在水平圓盤(pán)上做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，圓柱體與圓盤(pán)之間的摩擦可忽略不計(jì)。力傳感器測(cè)量向心力大小F，角速度傳感器測(cè)量角速度大小ω，該組同學(xué)通過(guò)保持圓柱體質(zhì)量和運(yùn)動(dòng)半徑不變，來(lái)探究F與ω的關(guān)系。該組同學(xué)讓圓柱體做半徑為r的勻速圓周運(yùn)動(dòng)，得到如圖1所示圖像，對(duì)圖線的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，獲得了如圖2所示的圖像，該圖像是一條過(guò)原點(diǎn)的直線，則圖像橫坐標(biāo)x代表的是__________，如果直線的斜率為k，則可以得到圓柱體的質(zhì)量為_(kāi)_________。8．（2023·浙江·模擬預(yù)測(cè)）探究向心力大小F與物體的質(zhì)量m、角速度ω和軌道半徑r的關(guān)系實(shí)驗(yàn)。 （1）本實(shí)驗(yàn)所采用的實(shí)驗(yàn)探究方法與下列哪些實(shí)驗(yàn)是相同的__________；A．探究平拋運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)B．探究變壓器原、副線圈電壓與匝數(shù)的關(guān)系C．探究?jī)蓚€(gè)互成角度的力的合成規(guī)律D．探究加速度與物體受力、物體質(zhì)量的關(guān)系（2）某同學(xué)用向心力演示器進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)情景如甲、乙、丙三圖所示a.三個(gè)情境中，圖______是探究向心力大小F與質(zhì)量m關(guān)系（選填“甲”、“乙”、“丙”）。b.在甲情境中，若兩鋼球所受向心力的比值為1∶9，則實(shí)驗(yàn)中選取兩個(gè)變速塔輪的半徑之比為_(kāi)________。（3）某物理興趣小組利用傳感器進(jìn)行探究，實(shí)驗(yàn)裝置原理如圖所示。裝置中水平光滑直槽能隨豎直轉(zhuǎn)軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)，將滑塊套在水平直槽上，用細(xì)線將滑塊與固定的力傳感器連接。當(dāng)滑塊隨水平光滑直槽一起勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，細(xì)線的拉力提供滑塊做圓周運(yùn)動(dòng)需要的向心力。拉力的大小可以通過(guò)力傳感器測(cè)得，滑塊轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度可以通過(guò)角速度傳感器測(cè)得。小組同學(xué)先讓一個(gè)滑塊做半徑r為0.14m的圓周運(yùn)動(dòng)，得到圖甲中①圖線。然后保持滑塊質(zhì)量不變，再將運(yùn)動(dòng)的半徑r分別調(diào)整為0.12m、0.10m、0.08m、0.06m，在同一坐標(biāo)系中又分別得到圖甲中②、③、④、⑤四條圖線。a.對(duì)①圖線的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，獲得了F-x-圖像，如圖乙所示，該圖像是一條過(guò)原點(diǎn)的直線，則圖像橫坐標(biāo)x代表的是________。b.對(duì)5條F-ω圖線進(jìn)行比較分析，得出ω一定時(shí)，F(xiàn)∝r的結(jié)論。請(qǐng)你簡(jiǎn)要說(shuō)明得到結(jié)論的方法_______。 9．（2022·全國(guó)·高三課時(shí)練習(xí)）如圖甲所示，某實(shí)驗(yàn)小組探究影響向心力大小的因素。用細(xì)繩系一紙杯（杯中有30mL的水），將手舉過(guò)頭頂，使紙杯在水平面內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng)。（1）下列說(shuō)法中正確的是________。A．保持質(zhì)量、繩長(zhǎng)不變，增大轉(zhuǎn)速，繩對(duì)手的拉力將不變B．保持質(zhì)量、繩長(zhǎng)不變，增大轉(zhuǎn)速，繩對(duì)手的拉力將增大C．保持質(zhì)量、角速度不變，增大繩長(zhǎng)，繩對(duì)手的拉力將不變D．保持質(zhì)量、角速度不變，增大繩長(zhǎng)，繩對(duì)手的拉力將增大（2）如圖乙，繩離杯心40cm處打一結(jié)點(diǎn)A，80cm處打一結(jié)點(diǎn)B，學(xué)習(xí)小組中一位同學(xué)用手表計(jì)時(shí)，另一位同學(xué)操作。操作一：手握繩結(jié)A，使杯在水平面內(nèi)每秒運(yùn)動(dòng)一周，體會(huì)向心力的大小。操作二：手握繩結(jié)B，使杯在水平面內(nèi)每秒運(yùn)動(dòng)一周，體會(huì)向心力的大小。操作三：手握繩結(jié)A，使杯在水平面內(nèi)每秒運(yùn)動(dòng)二周，體會(huì)向心力的大小。操作四：手握繩結(jié)A，再向杯中添加30mL的水，使杯在水平面內(nèi)每秒運(yùn)動(dòng)一周，體會(huì)向心力的大小。則：①操作二與一相比較：質(zhì)量、角速度相同，向心力的大小與轉(zhuǎn)動(dòng)半徑大小有關(guān)；操作三與一相比較：質(zhì)量、半徑相同，向心力的大小與角速度有關(guān)；操作四與一相比較：________相同，向心力的大小與________有關(guān)；②物理學(xué)中此種實(shí)驗(yàn)方法叫________法。③小組總結(jié)階段，在空中甩動(dòng)，使杯在水平面內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng)的同學(xué)談感受時(shí)說(shuō)：“感覺(jué)手腕發(fā)酸，感覺(jué)力的方向不是指向圓心的向心力，而是背離圓心的力，跟書(shū)上說(shuō)的不一樣”，你認(rèn)為該同學(xué)的說(shuō)法是否正確，為什么？________10 ．（2022·四川眉山·高一期末）杲同學(xué)用如圖所示的裝置“探究物體做圓同運(yùn)動(dòng)的向心力大小與半徑、線速度、質(zhì)量的關(guān)系”。用一根細(xì)線系住小鋼球，另一端連接在固定于鐵架臺(tái)，上端的力傳感器上，小鋼球靜止于A點(diǎn)，將光電門(mén)固定在A點(diǎn)的正下方靠近A點(diǎn)處。在小鋼球底部豎直地粘住一片寬度為d的遮光條（質(zhì)量不計(jì)，長(zhǎng)度很?。?，小鋼球的質(zhì)量為m，重力加速度為g。將小鋼球豎直懸掛，測(cè)出懸點(diǎn)到小鋼球球心之間的距離，得到小鋼球運(yùn)動(dòng)的半徑為R。（1）將小鋼球拉至某一位置靜止釋放，讀出小鋼球經(jīng)過(guò)A點(diǎn)時(shí)力傳感器的讀數(shù)F及遮光條的擋光時(shí)間為Δt，則小鋼球通過(guò)A點(diǎn)時(shí)的速度大小可視為v=___________m/s。（2）從動(dòng)力學(xué)角度小鋼球通過(guò)A點(diǎn)時(shí)的向心力大小為Fn=___________（用F、m、g表示），將其計(jì)算的結(jié)果與向心力公式Fn′=mv2R計(jì)算的結(jié)果進(jìn)行比較。（3）改變小鋼球釋放的位置，重復(fù)實(shí)驗(yàn)，比較發(fā)現(xiàn)Fn總是略小于Fn′，分析表明這是系統(tǒng)造成的誤差，該系統(tǒng)誤差的可能原因是___________。A．小鋼球的質(zhì)量偏大?????????????B．小鋼球的初速度不為零C．總是存在空氣阻力?????????????D．小鋼球速度的測(cè)量值偏大（4）小鋼球從靜止釋放位置運(yùn)動(dòng)到A點(diǎn)的過(guò)程中，重力做功的功率___________。A．一直增大???????B．一直減小???????C．先增大后減小???????D．先減小后增大11．（2022·全國(guó)·高三課時(shí)練習(xí)）某同學(xué)用如圖所示的裝置做探究向心力大小與角速度大小的關(guān)系的實(shí)驗(yàn)．裝置中水平光滑直桿隨豎直轉(zhuǎn)軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)，一個(gè)滑塊套在水平光滑桿上，用細(xì)線將滑塊與固定在豎直轉(zhuǎn)軸上的力傳感器連接，細(xì)繩處于水平伸直狀態(tài)，當(dāng)滑塊隨水平桿一起勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，細(xì)線的拉力就是滑塊做圓周運(yùn)動(dòng)需要的向心力。拉力的大小可以通過(guò)力傳感器測(cè)得，滑塊轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度可以通過(guò)輕質(zhì)角速度傳感器測(cè)得。（1）保持滑塊的質(zhì)量和到豎直轉(zhuǎn)軸的距離r不變，僅多次改變豎直轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)的快慢，測(cè)得多組力傳感器的示數(shù)F及角速度傳感器的示數(shù)ω，根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得到F?ω2的圖線斜率為k，則滑塊的質(zhì)量為_(kāi)_______。（用題目中的字母表示） （2）若水平桿不光滑，根據(jù)（1）得到圖線的斜率將________。（選填“增大”“不變”或“減小”）。12．（2023·全國(guó)·高三專(zhuān)題練習(xí)）某實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示。水平光滑圓盤(pán)可繞通過(guò)圓心的豎直軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，豎直軸的角速度可以由電動(dòng)機(jī)控制，圓盤(pán)沿半徑方向有一個(gè)小槽，槽內(nèi)有可移動(dòng)的壓力傳感器，用來(lái)測(cè)量向心力的大小，將實(shí)驗(yàn)小球緊貼壓力傳感器放置。利用該裝置可探究做圓周運(yùn)動(dòng)的物體向心力F的大小與小球運(yùn)動(dòng)半徑r、角速度ω及質(zhì)量m的關(guān)系（1）換用不同m的小球，在保證___________和r不變的條件下，觀察F的大?。话l(fā)現(xiàn)圓周運(yùn)動(dòng)所需向心力隨小球的___________的增大而增大。（均用題干所給的符號(hào)表示）（2）經(jīng)過(guò)探究，可以得出向心力大小的表達(dá)式F=___________。（用題干所給的符號(hào)表示）（3）物理學(xué)中此種實(shí)驗(yàn)方法叫___________。A．理想實(shí)驗(yàn)法B．等效替代法C．控制變量法13．（2022·福建三明·高一期末）同學(xué)利用圖甲所示的DIS向心力實(shí)驗(yàn)器來(lái)探究砝碼做圓周運(yùn)動(dòng)所需要向心力F與其質(zhì)量m、轉(zhuǎn)動(dòng)半徑r和轉(zhuǎn)動(dòng)線速度v之間的關(guān)系。實(shí)驗(yàn)時(shí)，砝碼和擋光桿隨旋臂一起做圓周運(yùn)動(dòng)，砝碼所需的向心力可通過(guò)牽引桿由力傳感器測(cè)得，擋光桿每經(jīng)過(guò)光電門(mén)一次，通過(guò)力傳感器和光電門(mén)就同時(shí)獲得一組向心力F和擋光桿擋光時(shí)間t的數(shù)據(jù)。牽引桿的質(zhì)量和一切摩擦可忽略。（1）為了探究向心力大小與線速度的關(guān)系，則應(yīng)保持_______和_______不變。（用題中給出物理量的符號(hào)表示）（2）已知擋光桿和砝碼到轉(zhuǎn)軸的距離均為L(zhǎng)，擋光桿的擋光寬度為d，在滿(mǎn)足（1）的條件下，改變其轉(zhuǎn)速得到多組F、t的數(shù)據(jù)，得到F-（dt）2圖線如圖乙所示。根據(jù)圖乙得到的實(shí)驗(yàn)結(jié)論是_______。（3）求得圖線的斜率為k，則砝碼的質(zhì)量為_(kāi)______。（用題中給出物理量的符號(hào)表示） 14．圖甲是探究向心力大小跟質(zhì)量、半徑、線速度關(guān)系的實(shí)驗(yàn)裝置圖。電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，改變電動(dòng)機(jī)的電壓可以改變轉(zhuǎn)臺(tái)的轉(zhuǎn)速，光電計(jì)時(shí)器可以記錄轉(zhuǎn)臺(tái)每轉(zhuǎn)一圈的時(shí)間。用一輕質(zhì)細(xì)線將金屬塊與固定在轉(zhuǎn)臺(tái)中心的力傳感器連接，金屬塊被約束在轉(zhuǎn)臺(tái)的回槽中并只能沿半徑方向移動(dòng)且跟轉(zhuǎn)臺(tái)之間的摩擦力忽略不計(jì)。（1）某同學(xué)為了探究向心力跟線速度的關(guān)系，需要控制質(zhì)量和___________保持不變；（2）現(xiàn)用刻度尺測(cè)得金屬塊做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的半徑為r，光電計(jì)時(shí)器讀出轉(zhuǎn)動(dòng)的周期T，則線速度，v=___________（用題中所給字母表示）；（3）該同學(xué)多次改變轉(zhuǎn)速后，記錄了一系列力與對(duì)應(yīng)周期數(shù)據(jù)，通過(guò)數(shù)據(jù)處理描繪出了F?v2圖線（圖乙），若半徑r=0.2m，則金屬塊的質(zhì)量m=___________kg（結(jié)果保留2位有效數(shù)字）。15．（2023·全國(guó)·高三專(zhuān)題練習(xí)）某實(shí)驗(yàn)小組按如圖裝置進(jìn)行探究向心力大小與半徑、角速度、質(zhì)量的關(guān)系。滑塊中心固定遮光片，寬度為d，滑塊套在水平桿上，隨桿一起繞豎直軸做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，固定在轉(zhuǎn)軸上的力傳感器通過(guò)輕繩連接滑塊，水平桿的轉(zhuǎn)速可以控制，滑塊每經(jīng)過(guò)光電門(mén)一次，通過(guò)力傳感器和光電門(mén)就同時(shí)獲得一組拉力F和擋光時(shí)間Δt的數(shù)據(jù)。（1）若滑塊中心到轉(zhuǎn)軸的距離為L(zhǎng)，由光電門(mén)測(cè)得擋光時(shí)間Δt，則滑塊轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度ω的表達(dá)式是___________。（2）按上述實(shí)驗(yàn)將測(cè)算得的結(jié)果用作圖法來(lái)處理數(shù)據(jù)，如圖所示以力傳感器讀數(shù)F為縱軸，以______為橫軸（選填“Δt”、“1Δt”、“Δt2”或“1Δt2”），可得到如圖所示的一條直線，圖線不過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)的原因可能是__________。16．（2023·全國(guó)·高三專(zhuān)題練習(xí)）某學(xué)生設(shè)計(jì)一實(shí)驗(yàn)來(lái)粗略驗(yàn)證向心力的表達(dá)式，如圖所示。細(xì)線下面懸掛一個(gè)質(zhì)量為m的鋼球，細(xì)線上端固定。將畫(huà)著一個(gè)圓的白紙置于水平桌面上，使鋼球靜止時(shí)正好位于圓心，用手帶動(dòng)小球運(yùn)動(dòng)使它在放手后恰能在紙面上方沿畫(huà)好的圓周做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，調(diào)節(jié)紙面高度，使紙面貼近小球，但不接觸。 （1）在某次實(shí)驗(yàn)中，小球沿半徑為r的圓做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，用秒表記錄了小球運(yùn)動(dòng)n圈的總時(shí)間t，則小球做此圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)需要的向心力大小Fn=______（用m、n、t、r及相關(guān)的常量表示）；（2）用直尺測(cè)量懸點(diǎn)到紙面的高度?以及小鋼球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的半徑r，若測(cè)量數(shù)據(jù)滿(mǎn)足gt2=______（用題中所給字母表示），就表明向心力公式成立。17．（2023·全國(guó)·高三專(zhuān)題練習(xí)）某同學(xué)設(shè)計(jì)了如圖所示裝置探究向心力與質(zhì)量、半徑關(guān)系的實(shí)驗(yàn)。水平桿光滑，豎直桿與水平桿鉸合在一起，互相垂直，繞過(guò)定滑輪的細(xì)線兩端分別與物塊和力傳感器連接。（1）探究向心力與質(zhì)量關(guān)系時(shí)，讓物塊1、2的質(zhì)量不同，測(cè)出物塊1、2的質(zhì)量分別為m1、m2，保持___________相同，轉(zhuǎn)動(dòng)豎直桿，測(cè)出不同轉(zhuǎn)動(dòng)角速度下兩力傳感器的示數(shù)F1、F2，測(cè)出多組F1、F2，作出F1?F2圖像，如果作出的圖像是過(guò)原點(diǎn)的直線，且圖像的斜率等于___________，則表明在此實(shí)驗(yàn)過(guò)程中向心力與質(zhì)量成正比。（2）探究向心力與半徑關(guān)系時(shí)，讓物塊1、2的___________相同，測(cè)出物塊1和物塊2到轉(zhuǎn)軸的距離分別為r1、r2，轉(zhuǎn)動(dòng)豎直桿，測(cè)出不同轉(zhuǎn)動(dòng)角速度下兩力傳感器的示數(shù)F1、F2，測(cè)出多組F1、F2，作出F1?F2圖像，如果作出的圖像是過(guò)原點(diǎn)的直線，且圖像的斜率等于___________，則表明在此實(shí)驗(yàn)過(guò)程中向心力與半徑成正比。