高中物理鲁科版 过关检测必修2　实验：探究影响向心力大小的因素 Word版含解析

　实验:探究影响向心力大小的因素

1.甲、乙两物体都做匀速圆周运动,其质量之比为1∶2,转动半径之比为1∶2,在相同时间内甲转过4周,乙转过3周。则它们的向心力之比为(　　)
A.1∶4 B.2∶3 C.4∶9 D.9∶16
答案　C　由题意知,两物体的角速度之比为4∶3,因为F向=mω2r,所以两物体向心力之比为4∶9,选项C正确。
2.(多选)如图所示为P、Q两物体做匀速圆周运动的向心加速度an的大小随半径r变化的图像,其中P为双曲线的一个分支,可知(　　)
A.P物体运动的线速度大小不变
B.P物体运动的角速度不变
C.Q物体运动的角速度不变
D.Q物体运动的线速度大小不变
答案　AC　由an=v2r知,做匀速圆周运动的物体线速度大小不变时,向心加速度与半径成反比,故A正确,B错误;由an=ω2r知,角速度不变时,向心加速度与半径成正比,故C正确,D错误。
3.在“探究影响向心力大小的因素”的实验中,
(1)我们主要使用的实验方法是　　　　。?
(2)若要研究向心力和角速度之间的关系,我们应保持　　　　和　　　　不变。?
(3)如果某做圆周运动的物体质量之比是1∶2,半径之比是2∶1,角速度之比是1∶2,则向心力之比是　　　　。?
答案　(1)控制变量法　(2)质量　半径(可交换顺序)
(3)1∶4
解析　在研究物体的“探究影响向心力大小的因素”四个物理量的关系时,由于变量较多,因此采用了“控制变量法”进行研究,分别控制一个物理量不变,看另外两个物理量之间的关系。
根据向心力表达式F=mω2r
所以F1F2=m1m2·ω1ω22·r1r2=12×122×21=14
4.在探究小球做圆周运动所需向心力的大小F与质量m、角速度ω和半径r之间的关系的实验中。
(1)在探究向心力的大小F与角速度ω的关系时,要保持　　　　相同。?
　　A.ω和r B.ω和m
C.m和r D.m和F
(2)本实验采用的实验方法是　　　　。?
A.累积法 B.控制变量法
C.微元法 D.放大法
(3)通过本实验可以得到的正确结果是　　　　。?
A.在质量和半径一定的情况下,向心力的大小与角速度成正比
B.在质量和半径一定的情况下,向心力的大小与线速度的大小成正比
C.在质量和角速度一定的情况下,向心力的大小与半径成反比
D.在半径和角速度一定的情况下,向心力的大小与质量成正比
答案　(1)C　(2)B　(3)D
解析　(1)在研究向心力的大小F与质量m、角速度ω和半径r之间的关系时,需先控制某些量不变,研究另外两个物理量的关系,所以,在探究向心力的大小F与角速度ω的关系时,要保持小球的质量与运动的半径相同,故选C。
(2)在实验时需先控制某些量不变,研究另外两个物理量的关系,该方法为控制变量法,故选B。
(3)根据向心力的公式F向=mω2r,在质量和半径一定的情况下,向心力的大小与角速度平方成正比,故A错误;根据向心力的公式F向=mω2r,在质量和半径一定的情况下,向心力的大小与线速度的大小的平方成正比,故B错误;根据向心力的公式F向=mω2r,在质量和角速度一定的情况下,向心力的大小与半径成正比,故C错误;根据向心力的公式F向=mω2r,在半径和角速度一定的情况下,向心力的大小与质量成正比,故D正确。
B组　综合提能
1.在“探究影响向心力大小的因素”的实验中。
(1)如图所示,A、B两小球都为钢球,是在研究向心力的大小F与　　　　的关系。?
　　A.质量m B.半径r
C.角速度ω
(2)若图中标尺上黑白相间的等分格显示出两个小球所受向心力的比值为1∶4,由圆周运动知识可以判断与皮带连接的变速轮塔相对应的半径之比为　　　　。?
A.1∶2 B.2∶1 C.1∶4 D.4∶1
答案　(1)C　(2)B
解析　(1)由图可知,图中两球的质量相同,转动的半径相同,则研究的是向心力与角速度的关系,故A、B错误,C正确;
(2)根据F=mω2r,两球的向心力之比为1∶4,半径和质量相等,则转动的角速度之比为1∶2,因为靠皮带传动,变速轮塔的线速度大小相等,根据v=rω,知与皮带连接的变速轮塔对应的半径之比为2∶1,故B正确,A、C、D错误。
2.在“探究影响向心力大小的因素”的实验中,借助专用实验装置,保持m、ω、r任意两个量不变,研究小球做圆周运动所需的向心力F与其中一个量之间的关系,这种实验方法叫做　　　　法。要研究向心力与半径的关系,应采用下列三个图中的　　　　图 ;要研究向心力与角速度之间的关系,应采用下列三个图中的　　　　图。?
答案　控制变量　丙　乙
解析　保持m、ω、r任意两个量不变,研究小球做圆运动所需的向心力F与其中一个量之间的关系,这种实验方法叫做控制变量法。要研究向心力与半径的关系,要保持小球的质量和角速度不变,改变半径,可知采用图丙。要研究向心力与角速度之间的关系,要保持半径和小球的质量不变,改变角速度,可知采用图乙。