06 实验六　探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系 【正文】作业手册.docxVIP

实验六探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系(限时20分钟)

1.[2024·海南卷]水平圆盘上紧贴边缘放置一密度均匀的小圆柱体,如图甲所示,图乙为俯视图,测得圆盘直径D=42.02cm,圆柱体质量m=30.0g,圆盘绕过盘心O的竖直轴匀速转动,转动时小圆柱体相对圆盘静止.

甲

乙

丙

为了研究小圆柱体做匀速圆周运动时所需要的向心力情况,某同学设计了如下实验步骤:

(1)用秒表测圆盘转动10周所用的时间t=62.8s,则圆盘转动的角速度ω=rad/s(π取3.14).?

(2)用游标卡尺测量小圆柱体不同位置的直径,某次测量的示数如图丙所示,该读数d=mm,多次测量后,得到平均值恰好与d相等.?

(3)写出小圆柱体所需向心力表达式F=(用D、m、ω、d表示),其大小为N(保留2位有效数字).?

2.[2024·广东湛江模拟]用如图所示的装置来验证向心力的表达式,用手指搓动竖直轴顶端的滚花部分,使重锤A在水平面内做匀速圆周运动,实验步骤如下:

a.先称出重锤的质量m,将它用不可伸长的轻质细线悬挂在横杆的一端,调整横杆的平衡体B的位置,使横杆两边平衡,量出重锤到轴的距离r,移动指示器P的位置,使它处于重锤的正下方;

b.在重锤和转轴之间挂上水平弹簧,这时重锤将被拉向转轴,用手指搓动转轴.尽量使重锤做匀速转动,并从指示器的正上方通过;

c.记下重锤转动n圈经过指示器正上方的时间t,测出周期以及弹簧的原长L和劲度系数k.

回答下列问题:

(1)重锤A运动时要保持重锤的悬线.?

(2)重锤A的周期T=,弹簧的拉力F=(用k、r、L来表示).?

(3)重锤A的向心力Fn=(用m、r、n、t来表示),当Fn(选填“”“=”或“”)F成立时,向心力的表达式得到验证.?

3.[2024·湖北恩施模拟]某小组同学在做“探究影响向心力大小的因素”的实验时,采用如图甲所示的装置:他们把滑块套在水平杆上,使其可随水平杆一起绕竖直杆做匀速圆周运动,力传感器通过细绳连接滑块,可测绳上拉力大小F,在质量为m的滑块上固定一遮光片,宽度为d,光电门可以记录遮光片通过的时间t,并测出滑块中心到竖直杆的距离为l.通过依次仅改变滑块的质量、速度和滑块到转轴中心的距离来进行实验.

(1)该实验采用的物理方法是.?

(2)滑块运动的线速度为v=(用题目中的物理量符号表示).?

(3)若某同学通过图像法探究向心力与滑块线速度的关系,应描绘的是F-(选填“t”“1t”“t2”或“1t2”

(4)某同学描绘的(3)中的图像不过坐标原点,小组中的另一位同学猜测其原因是滑块与水平杆之间存在摩擦力,他多次实验发现描绘的图像总是介于图乙中的1、2之间,该同学发现这些直线都互相平行,其中1图像的纵轴截距为b,2图像的横轴截距为c,则滑块与杆之间的动摩擦因数μ=(用m、b、重力加速度g表示),该次实验的滑块中心到竖直杆的距离为l=(用m,d,b,c表示).?

4.[2024·山西吕梁模拟]某科技小组用电动机做一个电动圆锥摆,用圆锥摆验证向心力的表达式,如图1用薄贴片做一个圆片,中间打一个圆孔套在轴杆上,两侧对称各打一个小孔,用不可伸长的细绳连接小球系在小孔(小孔可看作质点)上,测得小孔到转轴的距离为d.改变电动机的转速,可以改变小球旋转的角速度.已知重力加速度为g.

(1)如图1所示,选质量分别为m、2m的球系在长度不同的甲、乙绳上,甲、乙绳所系的小孔到球心的距离分别为L和2L,电动机以稳定的角速度ω匀速转动时,在转动的小球下方靠近轴的位置水平放置一根刻度尺,测出甲、乙两绳上摆球的球心到转轴的水平距离r1、r2,设甲、乙绳与竖直方向夹角分别为α、β,则α、β角的大小关系与两球的质量(选填“有”或“无”)关,dLtanβ-dLtanα

(2)若向心力公式成立,则g、α、ω、r1间应满足关系式?

.?

(3)有同学根据测得的数据画出图2,O1、O2分别为甲、乙摆绳延长线与中心轴的交点,A、B分别为甲、乙两绳上摆球所在水平面与中心轴的交点,则长度O1O2=AB(选填“”“”或“=”)gω2-O