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必修部分力学实验最新模拟题冲刺
专题8 探究向心力
1. （2024 广东惠州第三次调研）某同学利用如图甲所示的向心力演示器探究小球做圆周运动所需向心力
大小F 与小球质量m、运动半径r 和角速度ω 之间的关系。
（1）本实验采用的主要实验方法为_________ （选填“等效替代法”或“控制变量法”）。在探究小球
做圆周运动所需向心力的大小F 与运动半径r 的关系时，把两个相同_________ 的小球放到半径r 不等的长
槽和短槽上，保证两变速塔轮的_________ 相同，根据标尺上露出的红白相间等分标记，粗略计算出两个
球所需向心力的比值；
（2）另一同学利用如图乙所示接有传感器的向心力实验器来进行实验。力传感器可直接测量向心力的大
小F，旋臂另一端的挡光杆经过光电门传感器时，系统将自动记录其挡光时间，用螺旋测微器测量挡光杆
的宽度d，示数如图丙所示，则d=_______mm，挡光杆到转轴的距离为R。某次挡光杆经过光电门时的挡
光时间为Δt，可求得挡光杆的角速度ω 的表达式为_________（用题目中所给物理量的字母符号表示）。
该同学保持砝码质量和运动半径r 不变，探究向心力F 与角速度ω 的关系，作出F-ω2图线如图丁所示，若
砝码运动半径r=0.2m，牵引杆的质量和一切摩擦可忽略，由F-ω2图线可得砝码质量m =_________kg（结
果保留2 位有效数字）。
【参考答案】 （1） ①. 控制变量法 ②. 质量 ③. 角速度ω##角速度##ω
1
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（2） ④. 1.730 ⑤.
⑥. 0.45
【名师解析】
（1）[1]本实验通过控制小球质量m、运动半径r 和角速度ω 这三个物理量中两个量相同，探究向心力F 与
另一个物理量之间的关系，采用的主要实验方法为控制变量法。
[2][3]在探究小球做圆周运动所需向心力的大小F 与运动半径r 的关系时，需要控制m 和ω 相同，即把两个
相同质量的小球放到半径r 不等的长槽和短槽上，保证两变速塔轮的角速度相同。
（2）[4]螺旋测微器的读数等于固定刻度与可动刻度读数之和，即
[5]由于d 和Δt 都很小，所以可用Δt 时间内的平均速度来表示挡光杆的线速度，即
所以挡光杆的角速度为
[6]根据向心力公式有
所以F-ω2图线的斜率为
解得
2. （2024 广东佛山一模） 某同学利用“向心力定量探究仪”探究向心力大小与质量、半径和角速度
关
系，装置如下图所示，小球放在光滑的带四槽的旋转杆上，其一端通过细绳与电子测力计相连，当小球和
旋转杆被电机带动一起旋转时，控制器的显示屏显示小球质量
、转动半径、转动角速度
以及细绳拉
力
的大小。
2
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（1）该同学采用控制变量法，分别改变小球质量、转动角速度以及________进行了三组实验，测得的实
验数据如下表甲、乙、丙所示。
小球质量
转动半径
角速度
向心力
0.1
0.2
3.15
0.2
0.2
6.29
0.3
0.2
9.45
0.4
0.2
12.61
甲
小球质量
转动半径
角速度
向心力
0.2
0.1
3.16
0.2
0.2
6.31
0.2
0.3
9.46
0.2
0.4
12.63
乙
小球质量
转动半径
角速度
向心力
0.2
0.2
1.57
0.2
0.2
6.29
0.2
0.2
14.14
3
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0.2
0.2
25.16
丙
（2）由甲表的数据可得：当________一定时，小球的向心力
大小与________成________比。
（3）为了通过作图法更直观地呈现向心力
与角速度
之间的关系，应绘制的图像是________。
A．
图 B．
图 C．
图 D．
【参考答案】（1） ①. 转动半径
（2）②. 转动半径和转动角速度
③. 小球质量
④. 正
（3） ⑤. B
【名师解析】
（1）[1]探究向心力大小与质量、半径和角速度的关系，由甲、乙、丙表格可知该同学采用控制变量法，
分别改变小球质量、转动半径以及转动角速度进行了三组实验。
（2）[2][3][4]在误差允许范围内，由甲表的数据可得：当小球的转动半径和角速度
一定时，小球的向
心力
大小与小球质量
成正比。
（3）[5]根据
可知，为了通过作图法更直观地呈现向心力
与角速度
之间的关系，应绘制的
图像是
图像，从而得到一条拟合的直线。
3. （2024 山西三重教育联盟9 月联考）为探究向心力大小与角速度的关系，某实验小组通过如图所示的装
置进行实验。滑块套在水平杆上，随水平杆一起绕竖直杆做匀速圆周运动，力传感器通过一细绳连接滑块，
用来测绳上拉力大小。滑块上固定一遮光片，宽度为d，光电门可以记录遮光片通过的时间，测出滑块中
心到竖直杆的距离为l。实验过程中细绳始终被拉直。
（1）本实验所采用的实验探究方法与下列哪些实验是不同的________。
A．探究平抛运动的特点
B．探究导线的电阻与长度、横截面积和材料的关系
4
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C．探究加速度与物体受力、物体质量的关系
D． 探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系
（2）滑块随杆转动做匀速圆周运动时，每经过光电门一次。力传感器和光电门就同时获得一组拉力F 和遮
光时间t，则滑块的角速度ω=________（用t、l、d 表示）。
（3）为验证向心力大小与角速度的关系，得到多组实验数据后，应作出F 与________（填“t”、
或
的关系图像。如果图像是一条过原点的倾斜直线，且直线的斜率等于________，表明此实验过程
中向心力与________成正比（选填“角速度”、“角速度平方”或“角速度二次方根”）。
【参考答案】 ①. A ②.
③.
④.
⑤. 角速度平方
【参考解析】
（1）[1] 探究向心力大小与角速度的关系实验中采用控制变量法，探究平抛运动特点的实验中没有采用
控制变量法。
故选A。
（2）[2]根据滑块角速度与线速度的关系可知该滑块的角速度为
（3）[3]根据
可得
所以应作出F 与
的关系图像。
[4] F-
图像的斜率为
。
[5]根据
5
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得
所以实验过程中向心力与角速度的平方成正比。
4. （2023 安徽合肥六校联考）如图甲所示是某同学探究做圆周运动的物体所受向心力大小与质量、轨道
半径及线速度关系的实验装置。圆柱体放置在水平光滑圆盘上做匀速圆周运动。力传感器测量向心力F，
速度传感器测量圆柱体的线速度v，该同学通过保持圆柱体质量和运动半径不变，来探究向心力F 与线速
度v 的关系；
（1）该同学采用的实验方法为___________。
A.等效替代法 B.控制变量法
C.理想化模型法 D.微小量放大法
（2）改变线速度v，多次测量，该同学在F-v2图中描点如图，请做出F-v2的图线________。若圆柱体运动
半径r=0.5m，由作出的F-v2的图线可得圆柱体的质量m=___________kg（结果保留两位有效数字）
【参考答案】 ①. B ②.
③. 0.45
【名师解析】
6
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(1)[1]通过保持圆柱体质量和运动半径不变，来探究向心力F 与线速度大小v
关系，采用的是控制变量法，
B 正确。
(2)[2]做出F-v2的图线如图；
(3)[3]由向心力公式可得
整理得
斜率
由图线可知，斜率k=0.9，代入题中数据解得
m=0.45kg
5. （2023 安徽合肥六校联考）如图甲所示是某同学探究做圆周运动的物体所受向心力大小与质量、轨道
半径及线速度关系的实验装置。圆柱体放置在水平光滑圆盘上做匀速圆周运动。力传感器测量向心力F，
速度传感器测量圆柱体的线速度v，该同学通过保持圆柱体质量和运动半径不变，来探究向心力F 与线速
度v 的关系；
（1）该同学采用的实验方法为___________。
A.等效替代法 B.控制变量法
C.理想化模型法 D.微小量放大法
（2）改变线速度v，多次测量，该同学在F-v2图中描点如图，请做出F-v2的图线________。若圆柱体运动
半径r=0.5m，由作出的F-v2的图线可得圆柱体的质量m=___________kg（结果保留两位有效数字）
7
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【参考答案】 （1） ①. B （2）②.
（3）③. 0.45
【名师解析】
(1)[1]通过保持圆柱体质量和运动半径不变，来探究向心力F 与线速度大小v 的关系，采用的是控制变量法，
B 正确。
(2)[2]做出F-v2的图线如图；
(3)[3]由向心力公式可得
整理得
斜率
8
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由图线可知，斜率k=0.9，代入题中数据解得
m=0.45kg
6.（9 分）（2024 山西部分学校10 月联考）
某同学用如图所示装置探究物体做圆周运动时向心力与角速度的关系，力传感器固定在竖直杆上的A 点，
质量为m 的磁性小球用细线a、b 连接，细线a 的另一端连接在竖直杆上的O 点，细线b 的另一端连接在
力传感器上，拉动小球，当a、b 两细线都伸直时，细线b 水平，测得OA 间的距离为
，小球到A 点距离
为
，磁传感器可以记录接收到n 次强磁场所用的时间，重力加速度为g。
（1）实验时，保持杆竖直，使小球在细线b 伸直且水平的条件下绕杆做匀速圆周运动，从接收到第一个强
磁场记为1，并开始计时，测得磁传感器接收到n 次强磁场所用时间为t，则小球做圆周运动的角速度为
，测得力传感器的示数为F，则小球做圆周运动的向心力
（此空用
含F 的式子表示）；
（2）多次改变小球做圆周运动的角速度（每次细线b 均伸直且水平），测得多组力传感器示数F 及磁传感
器接收到n 次强磁场所用的时间t，作F-
图像.如果图像是一条倾斜直线，图像与纵轴的截距为
，图像的斜率为
，则表明，小球做匀速圆周运动时，在质量、半径一定的条件下，向心
力大小与
（填“角速度”或“角速度的平方”）成正比.
【参考答案】（9 分）
（1）
9
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（2）
角速度的平方
【名师解析】
（1）小球做圆周运动的周期为
，做圆周运动的角速度
；小球做圆周运动
的向心力
；
（2 ）若向心力与角速度平方成正比，则
，得到
，因此当F-
图像中图像与纵轴的截距为
，斜率为
，则在质量、半径一定的条件下，向心力与角速度平方成正比.
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