《实验：探究圆周运动的规律》测练2
一、填空题(本大题共5小题，共20.0分)
1.在探究匀速圆周运动的物体向心力F与质量m、半径r、角速度ω之间的关系时，需要使用的科学方法是： ______ ；通过实验发现：在半径r和角速度ω不变的情况下，向心力与质量成 ______ （填“正比”“反比”“无关”）；在质量m和半径不变r的情况下，向心力与角速度的平方成 ______ （填“正比”“反比”或“无关”）
2.如图，用一根结实的细绳拴住一个小物体，在足够大的
光滑水平桌面上抡动细绳，使小物体做匀速圆周运动，则：
①当你抡动细绳，使小物体做匀速圆周运动时，作用在小
物体的拉力 ______
A．沿绳指向圆心
B．沿绳背向圆心
C．垂直于绳与运动方向相同
D．垂直于绳于运动方向相反
②松手后，物体做 ______
A．半径更大的圆周运动 B．半径更小的圆周运动
C．平抛运动 D．直线运动
③若小物体做圆周运动的半径为0.4m，质量为0.3kg，每秒匀速转过5转，则细绳的拉力为 ______ N（结果用含有“π”的式子表示）
3.线的一端系一个重物，手执线的另一端使重物在光滑水平面上做匀速圆周运动，当转速相同时， ______ 容易断（填“线长”或“线短”）；如果重物运动时系线被桌上的一个钉子挡住，随后重物以不变的速率在系线的牵引下绕钉子做圆周运动，系线碰钉子时钉子离重物 ______ 容易断．（填“越远”或“越近”）；在匀速圆周运动中，下面不变的物理量有 ______ 、 ______ ．（选填“向心加速度”、“线速度”、“角速度”、“向心力”、“周期”）
4.小明在学习了圆周运动的知识后，设计了“快速测量自行车的骑行速度”的实验．他的设想是：通过计算脚踏板转动的角速度，推算自行车的骑行速度．经过骑行，他测量
了在时间t内脚板转动的圆数N．
（1）脚踏板转动的角速度ω= ______ ；
（2）要推算自行车的骑行速度，还需要测量的物理有 ______ ；自行车骑行速度的计算公式v= ______ ．
5.在研究做圆周运动的物体在任意位置的速度方向时，可在桌面上铺一张白纸，设法使一个陀螺在纸上O点稳定转动，如图(a)所示，接着在陀螺的边缘滴几滴带颜色的水，水在纸上甩出的痕迹如图(b)所示，然后再用一张透明胶片做模板，画一个圆及其几根
切线，如图(c)所示．
(1)圆的半径与陀螺的半径的比例应为____________；
(2)将圆心与纸上O点对准并覆盖其上，随后绕过O点、垂直于纸面的轴旋转模板，可
观察到模板上的切线总是与水的痕迹重合，这种判断的方法通常称作____________ A．控制变量法B．建模方法C．等效替代法D．图象方法．
二、实验题探究题(本大题共2小题，共18.0分)
6.一物理兴趣小组利用学校实验室的数字实验系
统探究物体作圆周运动时向心力与角速度、半径
的关系．
①首先，让一砝码在一个比较光滑的平面上做半
径r为0.08m的圆周运动，数字实验系统得到若
干组向心力F和对应的角速度ω，他们根据实验
数据绘出了F-ω的关系图象如图中B图线所示，
兴趣小组的同学猜测r一定时，F可能与ω2成正
比．你认为，可以通过进一步转换，做出 ______ 关系图象来确定他们的猜测是否正确．②将同一砝码做圆周运动的半径r再分别调整为0.04m、0.12m，又得到了两条F-ω图象，如图中A、C图线所示．通过对三条图线的比较、分析、讨论，他们得出ω一定时，F∝r的结论，你认为他们的依据是 ______ ．
③通过上述实验，他们得出：做圆周运动的物体受到的向心力F与角速度ω、半径r
的数学关系式是F=kω2r，其中比例系数k的单位是 ______ ．
7.一水平放置的圆盘绕过其圆心的竖直轴匀速转动．盘边缘上固定一竖直的挡光片．盘转动时挡光片从一光电数字计时器的光电门的狭缝中经过，如图1所示．图2为光电数字计时器的示意图．光源A中射出的光可照到B中的接收器上．若A、B间的光路被遮断，显示器C上可显示出光线被遮住的时间．挡光片的宽度用螺旋测微器测得，结果如图3所示．圆盘直径用游标卡尺测得，结果如图4所示．由图可知，
（1）挡光片的宽度为 ______ mm．（2）圆盘的直径为 ______ cm．
（3）若光电数字计时器所显示的时间为50.0ms，则圆盘转动的角速度为 ______ rad/s
（保留3位有效数字）
《实验：探究圆周运动的规律》测练2
答案和解析
【答案】
1.控制变量法；正比；正比
2.A；D；12π2
3.线长；越近；角速度；周期
4.；牙盘的齿轮数m、飞轮的齿轮数n和自行车后轮的半径R．；
5.1：1;B
6.F与ω2；取任意相同ω，A、B、C三图线对应向心力之比均约为3：2：1，与其对应半径之比相同；kg
7.10.243；24.215；1.69
【解析】
1. 解：在研究物体的“探究向心力的大小与质量、角速度和半径之间关系”四个物理量的关系时，由于变量较多，因此采用了“控制变量法”进行研究，分别控制一个物理量不变看另外两个物理量之间的关系．根据向心力表达式：F=mω2r，转速和半径相同，向心力与质量成正比；在质量m和半径不变r的情况下，向心力与角速度的平方成正比．故答案为：控制变量法；正比；正比．
明确理想模型、控制变量、等效替代、类比等各种方法的应用．本实验中质量不同，半径相同，故研究向心力与质量之间的关系，应控制角速度和半径不变．根据向心力的表达式计算向心力之比．
在学习物理过程中掌握各种研究问题的方法是很重要的，要了解各种方法在物理中的应用．本题考查书中演示实验，也是高考考查内容之一．本实验采用的是控制变量法，通过对比进行比较，定性分析向心力与各个量的关系．
2. 解：①小物体做匀速圆周运动时，合外力提供向心力，对物体进行受力分析可知，绳子的拉力提供向心力，所以绳子作用在小物体的拉力沿绳指向圆心，故A正确；
②松手后，物体在水平方向将不受力的作用，所以将保持松手时的速度做匀速直线运动，故D正确．
故选：D
③根据向心力公式得：
F=mω2r=0.3×（5×2π）2×0.4=12π2N
故答案为：①A；②D；③12π2．
物体做匀速圆周运动时，合外力提供向心力，方向始终指向圆心，一切物体在没有受到任何力的作用时，总保持静止状态或匀速直线运动状态，根据向心力公式求解绳子的拉力．
本题考查了对小球运动状态的判断，对小球正确受力分析是正确解题的关键，难度不大，属于基础题．
3. 解：物体在光滑水平面上做匀速圆周运动，绳的拉力作为向心力．设绳的拉力大小为F．
当转速相同时，有：F=m（2πn）2L，L越大，F越大，绳子越容易断；所以线长容易断．系线碰钉子时重物的线速度大小不变，由F=m得知，r越小，即钉子离重物越近，F 越大，绳子越容易断；
