2025高考物理一轮考点突破训练第4章抛体运动与圆周运动实验6探究向心力大小与半径角速度质量的关系考点2创新实验提升

这是一份2025高考物理一轮考点突破训练第4章抛体运动与圆周运动实验6探究向心力大小与半径角速度质量的关系考点2创新实验提升，共3页。试卷主要包含了实验方法迁移应用，实验器材的改进等内容，欢迎下载使用。

1．实验方法迁移应用
由v＝ωr可知，Fn＝meq \f(v2,r)，故也可以探究Fn与v、m、r的关系，实验方法和思路不变。
2．实验器材的改进
用力传感器测量向心力，用光电门测量线速度(角速度)。
►考向 实验器材、实验方案的改进
如图甲所示是一个研究向心力与哪些因素有关的DIS实验装置的示意图，其中做匀速圆周运动的圆柱体的质量为m，放置在未画出的圆盘上，圆周轨道的半径为r，力电传感器测定的是向心力，光电传感器测定的是圆柱体的线速度大小，表格中是所得数据，图乙为Fn－v图像、Fn－v2图像、Fn－v3图像。
(1)数据表格和图乙中的三个图像是在用实验探究向心力Fn和圆柱体线速度大小v的关系时，保持圆柱体质量不变、半径r＝0.1 m的条件下得到的。研究图像后，可得出向心力Fn和圆柱体线速度大小v的关系式为 Fn＝0.88v2 。
(2)为了研究Fn与r的关系，实验时除了保持圆柱体质量不变外，还应保持 线速度大小v 不变。
(3)若已知向心力公式为Fn＝meq \f(v2,r)，根据上面的分析可以推算出，本实验中圆柱体的质量为 0.088 kg 。
[解析] (1)由题图乙中B图不难得出Fn∝v2，进一步结合表格研究知题图乙B中图线的斜率k＝eq \f(ΔFn,Δv2)≈0.88，故Fn与v的关系式为Fn＝0.88v2。
(2)由控制变量法可知，研究Fn与r的关系时，应保持质量m和线速度大小v不变。
(3)因Fn＝meq \f(v2,r)＝0.88v2，r＝0.1 m，则m＝0.088 kg。
【跟踪训练】
某兴趣小组的同学们用电动机、拉力传感器、电子计数器等设计了一个用圆锥摆验证向心力表达式的实验，如图所示。在支架上固定一个电动机，电动机转轴上固定一拉力传感器，传感器正下方用细线连接一个小球，在装置侧面安装一高度可以调节的电子计数器。本实验中除图中给出的实验器材外没有其他的器材，已知当地重力加速度大小为g。
①用刻度尺量出细线的长度L；②闭合电源开关，稳定后，小球在水平面内做匀速圆周运动，记录此时拉力传感器的示数为F；
③稳定后，调节计数器前端的位置与球心在同一高度处，当小球第一次离计数器最近的P点时计数器开始计数，并记录为1次，记录小球n次到达P点的时间t，用刻度尺测量出此时电子计数器前端与细线顶端的竖直距离h；
④切断电源，整理器材。
请回答下列问题：
(1)本实验中还需要测量的物理量是 见解析 (写出名称及符号)，如何测出该物理量 见解析 (写明测量方法)；
(2)小球运动的周期为 eq \f(t,n－1) ；(用题中所给物理量符号表示)
(3)根据测量数据，需验证的向心力表达式为 eq \r(F2－F\\al(2,0))＝eq \f(4F0π2n－12\r(L2－h2),gt2) 。(用题中所给物理量符号表示)
[解析] (1)本实验中还需要测量的物理量是小球的质量m；电动机不转时小球自然下垂，设此时拉力传感器的示数F0，则小球的质量m＝eq \f(F0,g)。
(2)小球运动的周期为T＝eq \f(t,n－1)。
(3)由重力和拉力的合力提供小球运动的向心力Fn＝eq \r(F2－F\\al(2,0))＝meq \f(4π2,T2)eq \r(L2－h2)，即要验证的关系是eq \r(F2－F\\al(2,0))＝eq \f(4F0π2n－12\r(L2－h2),gt2)。v/(m·s－1)
1
1.5
2
2.5
3
Fn/N
0.88
2
3.5
5.5
7.9