知识点挑题 - 高中物理 - 优优班--学霸训练营

1．（2016春•宜宾校级月考）如图所示，是探究向心力的大小F与质量m、角速度ω和半径r之间的关系的实验装置图，转动手柄1，可使变速轮塔2和3以及长槽4和短槽5随之匀速转动．皮带分别套在轮塔2和3上的不同圆盘上，可使两个槽内的小球6、7分别以不同的角速度做匀速圆周运动．小球做圆周运动的向心力由横臂8的挡板对小球的压力提供，球对挡板的反作用力，通过横臂8的杠杆作用使弹簧测力筒9下降，从而露出标尺10，标尺10上露出的红白相间的等分格显示出两个球所受向心力的比值．那么：
（1）现将两小球分别放在两边的槽内，为了探究小球受到的向心力大小和角速度的关系，下列说法中正确的是    ．
A．在小球运动半径相等的情况下，用质量相同的小球做实验
B．在小球运动半径相等的情况下，用质量不同的小球做实验
C．在小球运动半径不等的情况下，用质量不同的小球做实验
D．在小球运动半径不等的情况下，用质量相同的小球做实验
（2）在该实验中应用了    （选填“理想实验法”、“控制变量法”、“等效替代法”）来探究向心力的大小与质量m、角速度ω和半径r之间的关系．
（3）当用两个质量相等的小球做实验，且左边小球的轨道半径为右边小球的2倍时，转动时发现右边标尺上露出的红白相间的等分格数为左边的2 倍，那么，左边轮塔与右边轮塔之间的角速度之比为    ．

难度：较易

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2．（2016春•广元校级月考）如图所示，是探究向心力的大小F与质量m、角速度ω和半径r之间的关系的实验装置图，转动手柄1，可使变速轮塔2和3以及长槽4和短槽5随之匀速转动．皮带分别套在轮塔2和3上的不同圆盘上，可使两个槽内的小球6、7分别以不同的角速度做匀速圆周运动．小球做圆周运动的向心力由横臂8的挡板对小球的压力提供，球对挡板的反作用力，通过横臂8的杠杆作用使弹簧测力筒9下降，从而露出标尺10，标尺10上露出的红白相间的等分格显示出两个球所受向心力的比值．那么：
（1）现将两小球分别放在两边的槽内，为了探究小球受到的向心力大小和角速度的关系，下列说法中正确的是
A．在小球运动半径相等的情况下，用质量相同的小球做实验
B．在小球运动半径相等的情况下，用质量不同的小球做实验
C．在小球运动半径不等的情况下，用质量不同的小球做实验
D．在小球运动半径不等的情况下，用质量相同的小球做实验
（2）在该实验中应用了    （选填“理想实验法”、“控制变量法”、“等效替代法”）来探究向心力的大小与质量m、角速度ω和半径r之间的关系．
（3）当用两个质量相等的小球做实验，且左边小球的轨道半径为右边小球的2倍时，转动时发现右边标尺上露出的红白相间的等分格数为左边的2倍，那么，左边轮塔与右边轮塔之间的角速度之比为    ．

难度：较易

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3．一实验小组利用数字实验系统探究圆周运动中向心力与角速度、半径的关系．他们让一砝码做半径r=0.08m的圆周运动，通过数字实验系统测得到若干组向心力F和对应的角速度ω，做出F-ω的关系图象如图甲所示．

（1）通过分析图象，猜测F与ω²可能成正比．为进一步证实猜测，可做关系图象来验证．
（2）将砝码做圆周运动的半径r分别调整为0.04m、0.12m，在一个坐标系中又得到两条F-ω图象，如图乙所示．做一条平行于纵轴的辅助线，观察和的比值，得到力F和半径r成正比的结论．

难度：中等

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4．（2016春•南城县校级期中）某学生设计一试验来粗略验证向心力的表达式F_向=m（
2π
T
）²r，如图所示，细线下面悬挂一个钢球，细线上端固定在铁架台上．将画着一个圆的白纸置于水平桌面上，使钢球静止时正好位于圆心，如果小球的向心力F_向和合力F_合相等，则说明向心力的表达式正确．
（1）用手带动钢球，设法使它沿纸上的圆悬空做匀速圆周运动，用秒表记录钢球运动n圈所用时间t，用直尺测出纸上的圆的半径为r，如果向心力的表达式正确，并假设钢球质量为m，则这个实验中由向心力表达式求出来的向心F_向=    ；
（2）然后，测出线的长度为L，假设钢球可看做质点，我们再从力的角度计算钢球的合力F_合=    ；
（3）在本实验中小球的质量    （“需要”或“不需要”）测出；
（4）由于小球半径未考虑会导致从力的角度计算出的F_合    （选填“偏大”、“偏小”或“不变”）

难度：较易

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5．（2016春•宿州校级期中）某同学用图示的装置粗略验证向心力表达式，操作步骤如下：
①将画着几个同心圆的白纸置于水平桌面上，使钢球静止时正好接触圆心，测出纸面到悬点的高度h₁；
②把钢球拉至半径为r的圆周上方，测出纸面到钢球球心的高度h₂；
③用手带动钢球运动，放手后经过一段时间稳定，当小球在半径为r的圆周上方运动时，用秒表测出其运动的周期T；
④比较两种方法得到的向心力和是否相等，进行验证．（用小球质量m、重力加速度g及题中字母表示）．

难度：中等

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6．（2015春•宿迁校级期中）某班同学们在学习了向心力的公式F=m
v2
r
和F=mω²r后，分学习小组实验探究向心力．同学们用细绳系一纸杯（杯中有30mL的水）在空中甩动，使杯在水平面内作圆周运动（如图所示），来感受向心力．
（1）则下列说法中正确的是
A．保持质量、绳长不变，增大转速，绳对手的拉力将不变
B．保持质量、绳长不变，增大转速，绳对手的拉力将增大
C．保持质量、角速度不变，增大绳长，绳对手的拉力将不变
D．保持质量、角速度不变，增大绳长，绳对手的拉力将增大
（2）如图甲，绳离杯心40cm处打一结点A，80cm处打一结点B，学习小组中一位同学手表记时，另一位同学操作，其余同学记录实验数据：
操作一：手握绳结A，使杯在水平方向每秒运动一周，体会向心力的大小．
操作二：手握绳结B，使杯在水平方向每秒运动一周，体会向心力的大小．
操作三：手握绳结A，使杯在水平方向每秒运动二周，体会向心力的大小．
操作四：手握绳结A，再向杯中添加30ml的水，使杯在水平方向每秒运动一周，体会向心力的大小．
则：①操作二与一相比较：质量、角速度相同，向心力的大小与转动半径大小有关；
操作三与一相比较：质量、半径相同，向心力的大小与角速度的大小有关；
操作三与二相比较：    相同，向心力大小与    有关；
操作四与一相比较：    相同，向心力大小与    有关；
②物理学中此种实验方法叫    法．
③小组总结阶段，在空中甩动，使杯在水平面内作圆周运动的同学谈感受时说：“感觉手腕发酸，感觉力的方向不是指向心的向心力而是背离心的离心力，跟书上说的不一样”你认为该同学的说法正确否？答：    ．

难度：较难

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7．一物理兴趣小组利用学校实验室的数字实验系统探究物体作圆周运动时向心力与角速度、半径的关系．
（1）首先，他们让一砝码做半径r为0.08m的圆周运动，数字实验系统通过测量和计算得到若干组向心力F和对应的角速度ω，如表．请你根据表中的数据在图1所示的坐标上绘出F-ω的关系图象．
实验序号 1 2 3 4 5 6 7 8
F/N 2.42 1.90 1.43 0.97 0.76 0.50 0.23 0.06
ω/rad•s^-1 28.8 25.7 22.0 18.0 15.9 13.0 8.5 4.3
（2）通过对图象的观察，兴趣小组的同学猜测F与ω²成正比．你认为，可以通过进一步的转换，通过绘出    关系图象来确定他们的猜测是否正确．

（3）在证实了F∝ω²之后，他们将砝码做圆周运动的半径r再分别调整为0.04m、0.12m，又得到了两条F-ω图象，他们将三次实验得到的图象放在一个坐标系中，如图2所示．通过对三条图象的比较、分析、讨论，他们得出F∝r的结论，你认为他们的依据是    ．
（4）通过上述实验，他们得出：做圆周运动的物体受到的向心力F与角速度ω、半径r的数学关系式是F=kω²r，其中比例系数k的大小为    ，单位是    ．

难度：中等

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8．如图1所示是一个研究向心力与哪些因素有关的DIS实验装置的示意图，其中做匀速圆周运动的圆柱体的质量为m，放置在未画出的圆盘上．圆周轨道的半径为r，力电传感器测定的是向心力，光电传感器测定的是圆柱体的线速度，以下是所得数据和图2所示的

（1）数据表和图2的三个图象是在用实验探究向心力F和圆柱体线速度v的关系时保持圆柱体质量不变，半径r=0.1m的条件下得到的．研究图象后，可得出向心力F和圆柱体速度v的关系    ．
（2）为了研究F与r成反比的关系，实验时除了保持圆柱体质量不变外，还应保持物理量    不变．
（3）根据你已经学习过的向心力公式以及上面的图线可以推算出，本实验中圆柱体的质量为
v/m•s^-1 1 1.5 2 2.5 3
F/N 0.88 2 3.5 5.5 7.9

难度：较难

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9．探究能力是物理学研究的重要能力之一，有同学通过设计实验探究绕轴转动而具有的转动动能与哪些因素有关．他以圆形砂轮为研究对象，研究其转动动能与质量、半径、角速度的具体关系．砂轮由动力带动匀速旋转测得其角速度ω，然后让砂轮脱离动力，用一把弹性尺子与砂轮接触使砂轮慢慢停下，设尺子与砂轮间的摩擦力大小恒为10/π牛（不计转轴与砂轮的摩擦），分别取不同质量、不同半径的砂轮，使其以不同的角速度旋转进行实验，得到数据如下表所示：
（1）由上述数据推导出转动动能E_k与质量m、角速度ω、半径r的关系式为（比例系数用k表示）．
（2）以上实验运用了物理学中的一个重要的实验方法是．
半径r/cm 质量m/kg 角速度ω（rad/s）圈数转动动能E_k/J
4 1 2 8
4 1 3 18
4 1 4 32
4 2 2 16
4 3 2 24
4 4 2 32
8 1 2 16
12 1 2 24
16 1 2 32

难度：中等

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10．某兴趣小组用如图甲所示的装置与传感器结合验证向心力表达式．实验时用手拨动旋臂产生圆周运动，力传感器和光电门固定在实验器上，实时测量角速度和向心力．
（1）电脑通过光电门测量挡光杆通过光电门的时间，并由挡光杆的宽度d、挡光杆通过光电门的时间△t、挡光杆做圆周运动的半径r自动计算出砝码做圆周运动的角速度，则其计算角速度的表达式为．
（2）图乙中取①②两条曲线为相同半径、不同质量下向心力与角速度的关系图线，由图可知．曲线①对应的砝码质量（填“大于”或“小于”）曲线②对应的砝码质量．

难度：中等

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实验序号	1	2	3	4	5	6	7	8
F/N	2.42	1.90	1.43	0.97	0.76	0.50	0.23	0.06
ω/rad•s^-1	28.8	25.7	22.0	18.0	15.9	13.0	8.5	4.3

半径r/cm	质量m/kg	角速度ω（rad/s）	圈数	转动动能E_k/J
4	1	2	8
4	1	3	18
4	1	4	32
4	2	2	16
4	3	2	24
4	4	2	32
8	1	2	16
12	1	2	24
16	1	2	32

v/m•s^-1	1	1.5	2	2.5	3
F/N	0.88	2	3.5	5.5	7.9