专题29探究向心力（原卷版）-2023届高考物理一轮复习知识点精讲与最新高考题模拟题同步训练
2023 高考一轮知识点精讲和最新高考题模拟题同步训练
第五章 圆周运动
专题 29 探究向心力
第一部分 知识点精讲
1．实验目的：
(1)学会使用向心力演示器；
(2)通过实验探究向心力与半径、角速度、质量的关系。
2．实验仪器：向心力演示器(如图)，三个金属球(半径相同，其中两个为质
量相同的钢球，另一个为质量是钢球一半的铝球)。
3．实验原理
如图所示，匀速转动手柄 1，可以使变速塔轮 2和3以及长槽 4和短槽 5随
之匀速转动，槽内的小球也随着做匀速圆周运动。使小球做匀速圆周运动的向
心力由横臂 6的挡板对小球的压力提供。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 7下降，从而露出标尺 8。根据标尺 8上露出的红白相间
等分标记，可以粗略计算出两个球所受向心力的比值。
4．实验步骤及观察结果
(1)调整标尺，使两根标尺起点和套筒上口处于同一水平面上，皮带放在第
一挡，转速为 1∶1的皮带盘处，质量相同的两钢球分别放在两个槽上半径相等
的横臂挡板内侧，然后摇动手柄，观察到标尺读数始终相等。
(2)将长槽上钢球由第一挡板内侧移至第二挡板内侧，此时两个质量相同的
钢球转动半径之比为 2∶1，转动手柄，观察到标尺格数之比为 2∶1。
(3)将长槽上的钢球换成铝球，并移至第一挡板内侧，两个金属球质量比为
1∶2，转动手柄，观察到标尺格数之比为 1∶2。
(4)把皮带放在第二挡，转速之比为 2∶1，将长槽上铝球换成钢球，转动手
柄，两球角速度之比为 2∶1，观察到标尺格数之比为 4∶1。
(5)将皮带放在第三挡，转速之比为 3∶1，转动手柄，两球角速度之比为
3∶1，观察到标尺格数之比为 9∶1。
5．实验结论
由步骤(1)及其结果可知，半径、角速度、质量相同时，向心力大小相同；
由步骤(2)及其结果可知，角速度、质量相同时，向心力与半径成正比；
由步骤(3)及其结果可知，半径、角速度相同时，向心力与质量成正比；
由步骤(4)(5)及其结果可知，半径、质量相同时，向心力与角速度的平方成
正比。
由以上可推知：Fn＝mω2r。
6．实验误差
(1)污渍、生锈等使小球质量半径变化，带来的误差。
(2)仪器不水平带来的误差。
(3)标尺读数不准带来的误差。
(4)皮带打滑带来的误差。
7．注意事项
(1)实验前要做好横臂支架安全检查，检查螺钉是否有松动，保持仪器水平。
(2)实验时转速应从慢到快，且转速不宜过快，以免损坏测力计弹簧。
(3)注意防止皮带打滑，尽可能保证 ω比值不变。
(4)注意仪器的保养，延长仪器使用寿命，并提高实验可信度。
第二部分 最新高考题精选
1.（6分）（2015 全国理综 I·22）某物理小组的同学设计了一个粗侧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）将小车从将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：
（4）根据以上数据，可求出小车经过将凹形桥最低点时对桥的压力为____N，小车经过将
凹形桥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)
第三部分 最新模拟题精选
1.（2022 北京丰台区高三下一模）11．某物理兴趣小组利用传感器进行探究，实验装置原
理如图所示。装置中水平光滑直槽能随竖直转轴一起转动，将滑块套在水平直槽上，用细
线将滑块与固定的力传感器连接。当滑块随水平光滑直槽一起匀速转动时，细线的拉力提
供滑块做圆周运动需要的向心力。拉力的大小可以通过力传感器测得，滑块转动的角速度
可以通过角速度传感器测得。
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