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考点23 实验六 探究向心力大小与半径、角速度和质量的关系
强基固本对点练
1.如图是向心力演示仪的示意图，长槽4、短槽5 和左右塔轮2 和3 分别固定在一起．
匀速转动手柄1，通过皮带带动左右两个变速塔轮2 和3 随之匀速转动，放在长槽和短槽内
小球将在水平面内做匀速圆周运动．图中横臂6 对小球的弹力提供小球做圆周运动的向心
力，同时由于横臂的弹力也使测力套筒7 下降，从而露出标尺，标尺8 上露出的红白相间
等分格子的多少可以显示出两个球所受向心力的大小(标尺最多可以露出7 格).已知小球放
在A1和B 两个位置时，转动半径相同，放在A1和A2两个位置时，转动半径之比为1∶2，
通过调节皮带的位置，可以给左右两个塔轮提供三个挡位：即转速比分别是1∶1、1∶2 和
1∶3.
(1)应使用____________(选填“等效替代法”“控制变量法”或“类比法”)来探究影
响向心力大小的因素．
(2)在探究向心力与质量的关系时，选用转速比1∶1 挡位，两个不同质量的小球分别
放在挡板B 和挡板________(选填“A1”或“A2”)处；
(3)在探究向心力与角速度的关系时，在选取转速比1∶3 挡位时，由于标尺露出的格
数有限，无法观察到1∶9 的格数比．根据(2)问中探究得到的向心力与质量成正比的结果，
可以选用质量比为3∶1 的小球，这样当观察到标尺露出红白相间的等分格数之比为
________时，就可以说明向心力与角速度的平方成正比．
2．如图甲所示为向心力演示仪，可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ω 和半径r 之间的关系．长槽的A、B 处和短槽的C 处分别到各自转轴中心距离
之比为1∶2∶1.变速塔轮自上而下有三种组合方式，左右每层半径之比由上至下分别为
1∶1、2∶1 和3∶1，如图乙所示．
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(1)本实验的目的是探究向心力的大小与小球质量m、角速度ω 和半径r 之间的关系，
下列实验中采用的实验方法与本实验相同的是________．
A．用油膜法估测油酸分子的大小
B．用单摆测量重力加速度的大小
C．探究加速度与物体受力、物体质量的关系
(2)在某次实验中，把两个质量相等的钢球放在B、C 位置，探究向心力的大小与半径
的关系，则需要将传动皮带调至第________层塔轮(选填“一”“二”或“三”)；
(3)在另一次实验中，把两个质量相等的钢球放在A、C 位置，传动皮带位于第二层，
转动手柄，则当塔轮匀速转动时，左右两标尺露出的格子数之比约为________．
A．1∶2 B．1∶4 C．2∶1 D．4∶1
3．某实验小组用如图甲所示的装置探究向心力大小与周期、半径之间的关系，轻绳一
端系着小球，另一端固定在竖直杆上的力传感器上，小球套在光滑水平杆上．水平杆在电
动机带动下可以在水平面内绕竖直杆匀速转动．已知小球质量为m，小球做圆周运动的半
径为r，电子计数器可记录杆做圆周运动的圈数n，用秒表记录小球转动n 圈的时间为t.
(1)若保持小球运动半径不变，仅减小运动周期，小球受到的拉力将________；若保持
小球运动的周期不变，仅减小运动半径，小球受到的拉力将________．(以上两空均选填
“变大”“变小”或“不变”)
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(2)该小组同学做实验时，保持小球做圆周运动的半径不变，选用质量为m1的小球甲和
质量为m2(m1＞m2)的小球乙做了两组实验．两组实验中分别多次改变小球运动的转速，记
录实验数据，作出了F 与关系如图乙所示的①和②两条曲线，图中反映小球甲的实验数据
是________(选填“①”或“②”).
培优提能模拟练
4.如图甲所示，一个带有凹槽的圆盘，其凹槽宽度略大于纸带宽度，圆盘绕水平轴在
竖直面内转动，用该装置可测圆盘转动的角速度．操作如下：
①打点计时器固定在桌面上，将纸带的一端穿过打点计时器，然后固定在圆盘的凹槽
内；
②接通电源，打点计时器开始打点，启动控制装置让圆盘转动，使纸带卷在圆盘上；
③停止圆盘转动，切断电源，取下纸带，进行测量．
请回答下列问题：
(1)使用学生电源给实验中的电磁打点计时器供电，应采用图乙中的________接法(填
“A”或“B”).
(2)在纸带上标记若干个计数点并测量它们的间距如图丙所示，相邻计数点间的时间间
隔为T，测得圆盘直径为d，槽深为h；则打下点B 时，圆盘转动的角速度的表达式为ω＝
________．(忽略纸带厚度带来的影响)
(3)由于纸带具有一定的厚度，会使角速度的测量结果________(填“偏大”“偏小”或
“不变”).
5．[2024·江西省上饶市月考]某同学用如图a 所示装置探究向心力与角速度和运动半径
的关系．装置中竖直转轴固定在电动机的转轴上(未画出)，光滑的水平直杆固定在竖直转
轴上，能随竖直转轴一起转动．水平直杆的左端套上滑块P，用细线将滑块P 与固定在竖
直转轴上的力传感器连接，细线处于水平伸直状态，当滑块随水平直杆一起匀速转动时，
细线拉力的大小可以通过力传感器测得．水平直杆的右端最边缘安装了宽度为d 的挡光条，
挡光条到竖直转轴的距离为D，光电门可以测出挡光条经过光电门所用的时间(挡光时间).
滑块P 与竖直转轴间的距离可调．
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(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________的方法．
A．理想实验法
B．等效替代法
C．控制变量法
(2)若某次实验中测得挡光条的挡光时间为t0，则电动机的角速度为________．
(3)若保持滑块P 到竖直转轴中心的距离为L 不变，仅多次改变竖直转轴转动的快慢，
测得多组力传感器的示数F 和挡光时间Δt.画出F－()2图像，如图b 所示．实验中，测得图
线的斜率为k，则滑块的质量为________．
(4)若保持竖直转轴转速不变，调节滑块P 到竖直转轴中心的距离r，测得多组力F 和r
的数据，以F 为纵轴，以________(填“r”“”或“()2”)为横轴，将所测量的数据描绘在坐
标系中，可以更直观地反映向心力大小与圆周运动半径r 之间的关系．现测得挡光条的挡
光时间为t1，则图线的斜率应为________．
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