| 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

稿件来源:高途

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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

游乐圈中有一些圆周运动项目,比如过山车、快乐飞机等,这些游戏项目,可以让人们体验到刺激、挑战、快乐和放松,是一种非常受欢迎的娱乐方式。

如图所示,乘坐游乐园的过山车时,质量为$m$的人随车在竖直平面内旋转,重力加速度大小为$g$,乘客在最低点时对座位的压力$(\qquad)$

["

等于$mg$

","

小于$mg$

","

大于$mg$

"]
[["C"]]

乘客在最低点时,根据牛顿第二定律,有$F − mg=ma$,结合牛顿第三定律可得,乘客在最低点时对座位的压力$F'=F=m(g+a) \gt mg$

故选:$\rm C$

如图甲所示,游乐场有一种叫作“快乐飞机”的游乐项目,模型如图乙所示、已知模型飞机质量为$m$,固定在长为$L$的旋臂上,旋臂与竖直方向夹角为$\theta$,当模型飞机以角速度$\omega$绕中央轴在水平面内做匀速圆周运动时,不计空气阻力,则旋臂对模型飞机的作用力方向                 (选填:$\rm A$.一定与旋臂垂直,  $\rm B$.可能与悬臂不垂直);若仅夹角$\theta$增大,则旋臂对模型飞机的作用力                 (选填:$\rm A$.变大,  $\rm B$.变小,  $\rm C$.不变)

[["$\\rm B$","$\\rm A$"]]

模型飞机以角速度$\omega$绕中央轴在水平面内做匀速圆周运动,则旋臂对模型飞机的作用力与重力的合力提供向心力且指向圆心,由数学知识可知旋臂对模型飞机的作用力方向可能与悬臂不垂直。

故选:$\rm B$

旋臂对模型飞机的作用力$F$与重力$mg$的合力提供向心力且指向圆心,可得$\sqrt{F^{2}-{(mg)}^{2}}=m\omega^{2}L\sin\theta$,若仅夹角$\theta$增大,$\sin \theta$增大,则旋臂对模型飞机的作用力$F$变大。

故选:$\rm A$

模型飞机做的是匀速圆周运动,做匀速圆周运动的物体所受向心力的大小与半径、角速度、质量都有关,我们可用如图所示的实验装置进行探究,该实验的研究方法是                 法。为了探究向心力大小和角速度的关系,我们处理实验数据的方法是:根据实验数据作出$F−\omega²$图像,而不是$F−\omega$图像,这样做的理由是:                 

[["控制变量法","根据向心力公式$F=mr\\omega^{2}$,可知$F$与$\\omega^{2}$成正比,与$\\omega$不成正比,故作出的$F − \\omega^{2}$图像可描出一条近似直线的图形,便于计算并得出结论;而若作$F − \\omega$图像,则是一条曲线,较难得出结论"]]

该实验采用的实验方法是控制变量法。

根据向心力公式$F=mr\omega^{2}$,可知$F$$\omega^{2}$成正比,与$\omega$不成正比,故作出的$F − \omega^{2}$图像可描出一条近似直线的图形,便于计算并得出结论;而若作$F − \omega$图像,则是一条曲线,较难得出结论。

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