(23-24高一下·江苏扬州邗江区第一中学·期中)用如图甲所示的向心力演示仪探究向心力的大小Fn与质量m、角速度ω和半径r之间的关系，转动手柄，可使变速塔轮、长槽和短槽随之转动，塔轮自上而下有三层，每层左右半径之比由上至下分别是1：1，2：1和3：1（如图乙所示）。左右塔轮通过不打滑的传动皮带连接，并可通过改变传动皮带所处的层来改变左右塔轮的角速度之比，实验时，将两个小球分别放在短槽的C 处和长槽的A（或B）处，A、C分别到左右塔轮中心的距离相等，B到左塔轮中心的距离是A到左塔轮中心距离的2倍，两个小球随塔轮做匀速圆周运动，他们所受向心力大小之比可由两塔轮中心标尺露出的等分格数计算出。
(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．探究弹力和弹簧伸长的关系
B．探究合力和分力的关系
C．探究加速度与物体受力、物体质量的关系
(2)若要探究向心力和半径的关系时，应将传动皮带调至第 （填“一”、“二”“三”）层塔轮，然后将质量相等的两个小球分别放置挡板 和挡板 （填“A”、“B”、“C”） 处：
(3)若传动皮带套在塔轮第二层，则塔轮转动时，AC两处的角速度之比为 ；
(4)若质量相等的两小球分别放在挡板B和挡板C处，传动皮带位于第三层，则当塔轮匀速转动时，左右两标尺的露出的格子数之比为 。
【答案】(1)C
(2)一 B C
(3)1：2
(4)2：9
【来源】江苏省扬州市邗江区第一中学2023-2024学年高一下学期4月期中考试物理试题
【解析】（1）本实验探究是向心力与质量、角速度以及半径的关系，采用的实验方法是控制变量法；
A．探究弹力和弹簧伸长的关系采用的实验方法是归纳法，与本实验方法不同，故A错误；
B．探究合力和分力的关系采用的实验方法是等效法，与本实验的探究方法不同，故B错误；
C．探究加速度与物体受力、物体质量的关系采用的是控制变量法，分别探究质量一定时，加速度与力、以及合力一定时，加速度与质量的关系，故C正确。
故选C。
（2）[1][2][3]若要探究向心力和半径的关系时，需要保持质量和角速度相同，应将传动皮带调至第一层塔轮，然后将质量相等的两个小球分别放置挡板B处和挡板C处；
（3）若传动皮带套在塔轮第二层，则塔轮转动时，两塔轮边缘的线速度相等，根据线速度和角速度以及半径的关系，可知AC两处的角速度之比为1：2；
（4）若质量相等的两小球分别放在挡板B和挡板C处，则半径之比为2：1，传动皮带位于第三层，则当塔轮匀速转动时，角速度之比为1：3，根据向心力表达式
小球所需向心力之比等于左右两标尺的露出的格子数之比，所以露出的格子数之比为2：9。
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