高中 | 探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系 题目答案及解析

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必修2

第五章 曲线运动

5.6 向心力

探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系

某实验小组用甲、乙所示的装置做了“探究小车加速度与力、质量的关系”和“探究向心力表达式”两个实验。

两个实验都用到的研究方法是$(\quad\ \ \ \ )$

["

等效替代法

","

控制变量法

","

理想模型法

"]
[["B"]]

在研究向心力的大小$F$与质量$m$的关系时,控制角速度$\omega$和半径$r$不变,在研究向心力的大小$F$与角速度$\omega$的关系时,控制质量$m$和半径$r$不变,在研究向心力的大小$F$与和半径$r$之间的关系时,控制角速度$\omega$和质量$m$不变,主要用到了物理学中的控制变量法。在探究“探究加速度与力、质量的关系”实验中,探究加速度与力关系时,保证质量不变;探究加速度与质量关系时,保证外力不变,所以实验方法为控制变量法,

故选:$\rm B$

甲实验中,不计绳与滑轮间的摩擦,下列说法正确的是$(\quad\ \ \ \ )$

["

实验前需进行阻力补偿

","

实验中,改变小车质量后再做该实验,需要重新补偿阻力

","

实验中必须用天平测出沙和沙桶的总质量

","

本实验中不需要保证砂和砂桶的总质量远小于小车的质量

"]
[["AD"]]

$\rm A$.为消除摩擦力对实验的影响,实验数据测量前需要对小车进行阻力补偿,故$\rm A$正确;

$\rm B$.实验前补偿阻力后,在实验过程中若改变小车质量,不需要重新补偿阻力,故$\rm B$错误;

$\rm CD$.对小车的拉力是通过力传感器得到的,故无需测量沙和沙桶的质量,也不需要满足沙和沙桶的总质量远小于小车的质量,故$\rm C$错误,$\rm D$正确。

故选:$\rm AD$

向心力演示器如图($a$)所示,图($b$)显示了左右两标尺上黑白相间的等分格,则左右两处钢球所受向心力大小之比约为$(\quad\ \ \ \ )$

["

$1:2$

","

$1:3$

","

$1:4$

"]
[["C"]]

由图($b$)可知两个小球所受向心力的比值为$1:4$

故选:$\rm C$

如图($a$)所示,长槽上的球$2$到转轴的距离是球$1$ 到转轴距离的$2$倍,长槽上的球$1$和短槽上的球$3$到各自转轴的距离相等。在探究向心力和角速度的关系实验中,应取质量相同的小球分别放在图($a$)中的                 处(选填“$1$$3$”或者“$2$$3$”),若标尺上黑白相间的等分格恰如图($b$)所示,那么如图($c$)中左右变速塔轮半径之比$R_{1}:R_{2}=$                 

[["$1$$3$","$2:1$"]]

在探究向心力和角速度的关系实验中,应取质量相同的小球分别放在图($a$)中的$1$$3$处,故填$1$$3$

变速轮塔用皮带连接,轮塔边缘上点的线速度大小相等,$\omega_{1}R_{1}=\omega_{2}R_{2}$可得,与皮带连接的变速轮塔相对应的半径之比为$R_{1}:R_{2}=\omega_{2}:\omega_{1}=\sqrt{\dfrac{F_{3}}{mr_{3}}}:\sqrt{\dfrac{F_{1}}{mr_{1}}}=2:1$

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