沪科版上海必修第二册高一物理下学期课后培优分级练专题06圆周运动实验(原卷版+解析)

一、实验题
1．（2023秋·上海长宁·高一上海市延安中学校考期末）如图所示为研究曲线运动的实验装置，在光滑水平桌面中间处有一转轴，转轴上安有力传感器，力传感器与一根不可伸长的轻绳连接，轻绳另一端拴着一小物体，小物体可视为质点。现让小物体绕转轴做匀速圆周运动，小物体刚运动到A点时，绳子断裂，然后经过桌面边缘B点飞出做平抛运动，落到沙坑中的D处，AB与桌面边缘垂直。不计空气阻力，重力加速度为。
（1）研究小物体从离开桌面到落到沙坑的运动过程，运用的思想方法是______。
A．微元法 B．放大法 C．控制变量法 D．化曲为直法
（2）测出小物体质量为，做匀速圆周运动时小物体到点间的距离为，沙坑平面到桌面间的距离为，D点到桌面边缘B点正下方的距离为，请推导出小物体做匀速圆周运动时力传感器的示数的表达式_____。
（3）若桌面AB部分粗糙，保持力传感器读数不变，细绳仍然在A点断裂，请定性分析小物体的运动情况_____。
2．（2022春·上海长宁·高一上海市第三女子中学校考期末）如图所示为“探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系”的实验装置。
（1）本实验采用的方法是______法；
（2）本实验除了有无线力传感器（图中②）外，还有无线______传感器（图中⑤）；
（3）小组同学为了探究向心力跟角速度的关系，实验中，先将⑦旋至某一挡位，当悬臂匀速转动时，记录向心力F的大小和角速度的数据。改变角速度的大小，多次实验。
小组同学先让一个砝码做半径r为0.12m的圆周运动，得到图甲中①图线。然后保持砝码质量不变，再将运动半径r分别调整为0.08m、0.04m分别又做了两组实验，最后同学们把三组实验得到的图线画在了同一坐标系中。则：
（a）若对①图线的数据进行处理，获得了F－x图像（如图乙所示），该图像是一条过原点的直线，则图像横坐标x代表的是______。
（b）试在甲图中任找一个数据点，可得砝码质量为______kg（保留到小数点后一位即可）。
（c）对甲图中的3条图线进行比较分析，可以得出一定时，的结论。请简要说明得到结论的方法______。
3．（2022春·上海长宁·高一期中）下图为研究向心力与哪些因素有关系的实验装置。图中A所指的装置为挡光片，O所指的为装置的转动轴，B所指的为作圆周运动的重锤。
（1）实验中使用的传感器分别光电门传感器和___________传感器。
（2）已知挡光片的宽度为d，经过光电门的遮光时间为t，为了测量转动的角速度，还需要测量___________的距离。（选填“AO”、“BO”或“AB”）
（3）在保持重锤质量m和转动半径r一定的情况下，测出不同情况下的F值，拟合出的图像为过原点的直线。据此可得出结论：___________。
（4）要想再得出的关系，需在保持相同的情况下，测出不同r情况下的F值，描出的图像得出结论。
4．（2022春·上海黄浦·高一上海外国语大学附属大境中学期中）在“探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系”实验中，某同学采用了图（a）所示的实验装置。
（1）图（a）中通过________测出向心力，通过_____测出通过挡光片的瞬时速度，通过________上的刻度读出砝码的运动半径r（均选填图中序号）；
（2）该同学若想探究向心力与角速度的关系，应该保持________不变；
（3）某次实验中，该同学测得半径，在（2）的基础上通过改变线速度v，测出了五组F、v数据，并通过计算得到了对应的角速度的数值，如下表：表格中第5组数的数值为________。
1 2 3 4 5
F/N 0.06 0.26 0.58 1.02 1.61
v/（） 0.4 0.8 1.2 1.6 2.0
0.8 1.6 2.4 3.2
（4）结合表中数据，为了得到向心力与角速度的关系应作________（选填或）
（5）若已知向心力公式，由表格中数据可得砝码的质量m_______kg（结果保留一位有效数字）。
5．（2022·上海·高一假期作业）为验证匀速圆周运动的向心加速度与角速度、轨道半径间的定量关系，某同学设计了如图甲所示的实验装置。其中AB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物体对其压力的大小，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将小物体紧靠传感器放置在平台上，测出小物体中心与转轴的距离r；
③使平台AB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保持小物体质量和距离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）小物体转动的角速度______（用L、d、表示）；若某次实验中挡光片的宽度如图乙所示，其读数为______mm；
（2）要验证小物体的向心加速度与角速度、轨道半径间的定量关系，还需要测出小物体的质量m，则在误差允许范围内，本实验需验证的关系式为______（用所测物理量的符号表示）。
6．（2023·上海·高三专题练习）某物理小组的同学设计了一个粗制玩具小车通过凹形桥最低点时的速度的实验.所用器材有：玩具小车、压力式托盘秤、凹形桥模拟器（圆弧部分的半径为R=0.20m）.
完成下列填空：
(1)将凹形桥模拟器静置于托盘秤上，如图（a）所示，托盘秤的示数为1.00kg；
(2)将玩具小车静置于凹形桥模拟器最低点时，托盘秤的示数如图（b）所示，该示数为_____kg;
(3)将小车从凹形桥模拟器某一位置释放，小车经过最低点后滑向另一侧，此过程中托盘秤的最大示数为m；多次从同一位置释放小车，记录各次的m值如下表所示：
序号 1 2 3 4 5
m（kg） 1.80 1.75 1.85 1.75 1.90
(4)根据以上数据，可求出小车经过凹形桥最低点时对桥的压力为_____N；小车通过最低点时的速度大小为_______m/s.（重力加速度大小取9.80m/s2 ，计算结果保留2位有效数字）
7．（2016秋·上海金山·高三上海市金山中学校考期中）某同学设计了一个测定油漆喷枪向外喷射油漆雾滴速度的实验。他采用如图（甲）所示的装置，该油漆喷枪能够向外喷射四种速度大小不同的油漆雾滴，一个直径为D=20cm的纸带环安放在水平转台上，纸带环上刻有一条狭缝A，在狭缝A的正对面画一条标志线。在转台开始转动达到稳定转速时，向侧面同样开有狭缝B的纸盒中沿水平方向喷射油漆雾滴，当狭缝A转至与狭缝B正对平行时，雾滴便通过狭缝A在纸带的内侧面留下油漆痕迹。改变喷射速度v0重复实验，在纸带上留下四个油漆痕迹a、b、c、d。将纸带从转台上取下来，展开平放在刻度尺旁边，如图（乙）所示，已知。
（1）图（乙）中，速度最大的雾滴所留的痕迹是___________点；
（2）已知转台转动的角速度ω=16rad/s，如果不计雾滴所受空气的阻力，则喷枪喷出雾滴速度的最大值为___________m/s；考虑到空气阻力的影响，该测量值___________真实值（选填“大于”、“小于”或“等于”）；
（3）若转台转动的角速度，且，不计油漆雾滴所受空气的阻力，则雾滴速度的最小值为___________m/s。（保留三位有效数字）
一、实验题
1．（2023秋·上海长宁·高一上海市延安中学校考期末）如图所示为研究曲线运动的实验装置，在光滑水平桌面中间处有一转轴，转轴上安有力传感器，力传感器与一根不可伸长的轻绳连接，轻绳另一端拴着一小物体，小物体可视为质点。现让小物体绕转轴做匀速圆周运动，小物体刚运动到A点时，绳子断裂，然后经过桌面边缘B点飞出做平抛运动，落到沙坑中的D处，AB与桌面边缘垂直。不计空气阻力，重力加速度为。
（1）研究小物体从离开桌面到落到沙坑的运动过程，运用的思想方法是______。
A．微元法 B．放大法 C．控制变量法 D．化曲为直法
（2）测出小物体质量为，做匀速圆周运动时小物体到点间的距离为，沙坑平面到桌面间的距离为，D点到桌面边缘B点正下方的距离为，请推导出小物体做匀速圆周运动时力传感器的示数的表达式_____。
（3）若桌面AB部分粗糙，保持力传感器读数不变，细绳仍然在A点断裂，请定性分析小物体的运动情况_____。
2．（2022春·上海长宁·高一上海市第三女子中学校考期末）如图所示为“探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系”的实验装置。
（1）本实验采用的方法是______法；
（2）本实验除了有无线力传感器（图中②）外，还有无线______传感器（图中⑤）；
（3）小组同学为了探究向心力跟角速度的关系，实验中，先将⑦旋至某一挡位，当悬臂匀速转动时，记录向心力F的大小和角速度的数据。改变角速度的大小，多次实验。
小组同学先让一个砝码做半径r为0.12m的圆周运动，得到图甲中①图线。然后保持砝码质量不变，再将运动半径r分别调整为0.08m、0.04m分别又做了两组实验，最后同学们把三组实验得到的图线画在了同一坐标系中。则：
（a）若对①图线的数据进行处理，获得了F－x图像（如图乙所示），该图像是一条过原点的直线，则图像横坐标x代表的是______。
（b）试在甲图中任找一个数据点，可得砝码质量为______kg（保留到小数点后一位即可）。
（c）对甲图中的3条图线进行比较分析，可以得出一定时，的结论。请简要说明得到结论的方法______。
3．（2022春·上海长宁·高一期中）下图为研究向心力与哪些因素有关系的实验装置。图中A所指的装置为挡光片，O所指的为装置的转动轴，B所指的为作圆周运动的重锤。
（1）实验中使用的传感器分别光电门传感器和___________传感器。
（2）已知挡光片的宽度为d，经过光电门的遮光时间为t，为了测量转动的角速度，还需要测量___________的距离。（选填“AO”、“BO”或“AB”）
（3）在保持重锤质量m和转动半径r一定的情况下，测出不同情况下的F值，拟合出的图像为过原点的直线。据此可得出结论：___________。
（4）要想再得出的关系，需在保持相同的情况下，测出不同r情况下的F值，描出的图像得出结论。
4．（2022春·上海黄浦·高一上海外国语大学附属大境中学期中）在“探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系”实验中，某同学采用了图（a）所示的实验装置。
（1）图（a）中通过________测出向心力，通过_____测出通过挡光片的瞬时速度，通过________上的刻度读出砝码的运动半径r（均选填图中序号）；
（2）该同学若想探究向心力与角速度的关系，应该保持________不变；
（3）某次实验中，该同学测得半径，在（2）的基础上通过改变线速度v，测出了五组F、v数据，并通过计算得到了对应的角速度的数值，如下表：表格中第5组数的数值为________。
1 2 3 4 5
F/N 0.06 0.26 0.58 1.02 1.61
v/（） 0.4 0.8 1.2 1.6 2.0
0.8 1.6 2.4 3.2
（4）结合表中数据，为了得到向心力与角速度的关系应作________（选填或）
（5）若已知向心力公式，由表格中数据可得砝码的质量m_______kg（结果保留一位有效数字）。
5．（2022·上海·高一假期作业）为验证匀速圆周运动的向心加速度与角速度、轨道半径间的定量关系，某同学设计了如图甲所示的实验装置。其中AB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物体对其压力的大小，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将小物体紧靠传感器放置在平台上，测出小物体中心与转轴的距离r；
③使平台AB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保持小物体质量和距离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）小物体转动的角速度______（用L、d、表示）；若某次实验中挡光片的宽度如图乙所示，其读数为______mm；
（2）要验证小物体的向心加速度与角速度、轨道半径间的定量关系，还需要测出小物体的质量m，则在误差允许范围内，本实验需验证的关系式为______（用所测物理量的符号表示）。
6．（2023·上海·高三专题练习）某物理小组的同学设计了一个粗制玩具小车通过凹形桥最低点时的速度的实验.所用器材有：玩具小车、压力式托盘秤、凹形桥模拟器（圆弧部分的半径为R=0.20m）.
完成下列填空：
(1)将凹形桥模拟器静置于托盘秤上，如图（a）所示，托盘秤的示数为1.00kg；
(2)将玩具小车静置于凹形桥模拟器最低点时，托盘秤的示数如图（b）所示，该示数为_____kg;
(3)将小车从凹形桥模拟器某一位置释放，小车经过最低点后滑向另一侧，此过程中托盘秤的最大示数为m；多次从同一位置释放小车，记录各次的m值如下表所示：
序号 1 2 3 4 5
m（kg） 1.80 1.75 1.85 1.75 1.90
(4)根据以上数据，可求出小车经过凹形桥最低点时对桥的压力为_____N；小车通过最低点时的速度大小为_______m/s.（重力加速度大小取9.80m/s2 ，计算结果保留2位有效数字）
7．（2016秋·上海金山·高三上海市金山中学校考期中）某同学设计了一个测定油漆喷枪向外喷射油漆雾滴速度的实验。他采用如图（甲）所示的装置，该油漆喷枪能够向外喷射四种速度大小不同的油漆雾滴，一个直径为D=20cm的纸带环安放在水平转台上，纸带环上刻有一条狭缝A，在狭缝A的正对面画一条标志线。在转台开始转动达到稳定转速时，向侧面同样开有狭缝B的纸盒中沿水平方向喷射油漆雾滴，当狭缝A转至与狭缝B正对平行时，雾滴便通过狭缝A在纸带的内侧面留下油漆痕迹。改变喷射速度v0重复实验，在纸带上留下四个油漆痕迹a、b、c、d。将纸带从转台上取下来，展开平放在刻度尺旁边，如图（乙）所示，已知。
（1）图（乙）中，速度最大的雾滴所留的痕迹是___________点；
（2）已知转台转动的角速度ω=16rad/s，如果不计雾滴所受空气的阻力，则喷枪喷出雾滴速度的最大值为___________m/s；考虑到空气阻力的影响，该测量值___________真实值（选填“大于”、“小于”或“等于”）；
（3）若转台转动的角速度，且，不计油漆雾滴所受空气的阻力，则雾滴速度的最小值为___________m/s。（保留三位有效数字）