《2023届高三物理一轮复习重点热点难点专题特训》专题27 探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系（原卷版）

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2023 届高三物理一轮复习重点热点难点专题特训

专题 27 探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系

特训目标特训内容

目标 1 传统探究法（1T—5T）

目标 2 光电传感法（6T—12T）

【特训典例】

一、传统探究法

1．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．转动手柄，可使

两侧变速塔轮以及长槽和短槽随之匀速转动．皮带分别套在左右两塔轮上的不同圆盘上，可使两个槽内的

小球分别以各自的角速度做匀速圆周运动，其向心力由挡板对小球的弹力提供，球对挡板的反作用力通过

杠杆作用使弹簧测力筒下降，从而露出标尺，标尺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）下列实验的实验方法与本实验相同的是________。(填写正确选项前的字母)

A．验证力的平行四边形定则

B．验证牛顿第二定律

C．伽利略对自由落体的研究

（2）若长槽上的挡板 B到转轴的距离是挡板 A到转轴距离的 2倍，长槽上的挡板 A和短槽上的挡板 C到

各自转轴的距离相等，探究向心力和角速度的关系时，若将传动皮带套在两半径之比等于 3 1∶的轮盘上，

将质量相同的小球分别放在挡板________和挡板________处(均选填“A”“B”或“C”)，则标尺露出红白相间

的等分格数的比值约为________。若仅改变皮带位置，通过对比皮带位置轮盘半径之比和向心力大小之比，

可以发现向心力 F与________成正比。

（3）为了能探究向心力大小的各种影响因素，左、右两侧塔轮________(选填“需要”或“不需要”)设置

半径相同的轮盘。

（4）你认为以上实验中产生误差的原因有_____________(写出一条即可)。

2．用如图所示的实验装置来探究小球做圆周运动所需向心力的大小 F与质量 m、角速度和半径 r之间的

关系，转动手柄使长槽和短槽分别随变速塔轮匀速转动，槽内的球就做匀速圆周运动。横臂的挡板对球的

压力提供了向心力，球对挡板的反作用力通过横臂的杠杆作用使弹簧测力套筒下降，从而露出标尺，标尺

上的红白相间的等分格显示出两个小球所受向心力的比值。实验用球分为钢球和铝球，请回答相关问题：

（1）在研究向心力的大小 F与质量 m、角速度和半径 r之间的关系时，我们主要用到了物理学中的____

_______。

A．理想实验法B．等效替代法C．控制变量法D．演绎法

（2）在某次实验中，某同学把两个质量相等的钢球放在 A

、

C位置，A

、

C到塔轮中心距离相同，将皮带

处于左右塔轮的半径不等的层上。转动手柄，观察左右标出的刻度，此时可研究向心力的大小与________

___的关系。

A．质量 mB．角速度 C．半径 r

（3）在（2）的实验中，某同学匀速转动手柄时，左边标尺露出 4个格，右边标尺露出 1个格，则皮带连

接的左、右塔轮半径之比为___________；其他条件不变若增大手柄转动的速度，则左右两标尺的示数将_

__________，两标尺示数的比值___________（选填：变大、变小或不变）

3．在“探究向心力大小的表达式”实验中，所用向心力演示器如图（a）所示。图（b）是演示器部分原

理示意图：皮带轮①、④的半径相同，轮②的半径是轮①的1.5 倍，轮③的半径是轮①的2倍，轮④的半

径是轮⑤的1.5 倍，轮④的半径是轮⑥的2倍；两转臂上黑白格的长度相等；A、B、C为三根固定在转臂

上的挡板，可与转臂上做圆周运动的实验球产生挤压，从而提供向心力。图（a）中的标尺 1和2可以显示

出两球所受向心力的大小关系。可供选择的实验球有：质量均为 2m的球 1和球 2，质量为 m的球 3.

（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，我们主要用到了物理学中的 ___

________。

A．等效替代法B．控制变量法C．理想实验法D．转化法

（2）实验时将球 1、球 2分别放在挡板 B、C位置，将皮带与轮①和轮④连接，转动手柄观察左右两个标

尺，此过程是验证向心力的大小与 ___________的关系。

（3）实验时将皮带与轮②和轮⑤相连，将球 1、3分别放在挡板 B、C位置，转动手柄，则标尺 1和标尺 2

显示的向心力之比为 ___________。

4．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。转动手柄，可使

两侧变速轮塔以及长槽和短槽随之匀速转动。皮带分别套在左右两轮塔上的不同圆盘上，可使两个槽内的

小球分别以各自的角速度做匀速圆周运动，其向心力由挡板对小球的压力提供，球对挡板的反作用力，通

过杠杆作用使弹簧测力筒下降，从而露出标尺，标尺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：

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