2022年高考物理大一輪復(fù)習(xí) 第三章 牛頓運動定律 第4講 實驗四 驗證牛頓運動定律

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1、2022年高考物理大一輪復(fù)習(xí) 第三章 牛頓運動定律 第4講 實驗四 驗證牛頓運動定律 1．某研究性學(xué)習(xí)小組用如圖1所示的裝置探究牛頓第二定律． 該小組在實驗中確定的研究對象是小車，而且認(rèn)為細(xì)線對小車的拉力等于砂桶和砂的總重力，也是小車所受的合外力．則對該實驗，以下說法中不正確的是________． 圖1 A．在長木板不帶定滑輪的一端下面墊一木塊，反復(fù)移動木塊的位置，直到小車在砂桶和砂的拉動下帶動紙帶做勻速直線運動，以平衡小車運動中受到的摩擦力 B．實驗中必須使砂桶和砂的總質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量 C．細(xì)線對小車的真實拉力一定略小于砂桶和砂的總重力 D．該實驗是應(yīng)用“控制變量法”來探究

2、牛頓第二定律的 解析　把長木板一端墊高是為了平衡摩擦力，但不能在砂桶的拉力下做勻速運動，而應(yīng)該在不掛砂桶的情況下，拖動紙帶做勻速運動． 答案　A 2．如圖2所示，一端帶有定滑輪的長木板上固定有甲、乙兩個光電門，與之相連的計時器可以顯示帶有遮光片的小車在其間的運動時間，與跨過定滑輪的輕質(zhì)細(xì)繩相連的輕質(zhì)測力計能顯示掛鉤處所受的拉力．不計空氣阻力及一切摩擦． 圖2 (1)在探究“合外力一定時，加速度與質(zhì)量的關(guān)系”時，要使測力計的示數(shù)等于小車所受合外力，操作中必須滿足________________；要使小車所受合外力一定，操作中必須滿足________________________．

3、 實驗時，先測出小車質(zhì)量m，再讓小車從靠近光電門甲處由靜止開始運動，讀出小車在兩光電門之間的運動時間t.改變小車質(zhì)量m，測得多組m、t的值，建立坐標(biāo)系描點作出圖線．下列能直觀得出“合外力一定時，加速度與質(zhì)量成反比”的圖線是________． (2)如圖3抬高長木板的左端，使小車從靠近光電門乙處由靜止開始運動，讀出測力計的示數(shù)F和小車在兩光電門之間的運動時間t0，改變木板傾角，測得多組數(shù)據(jù)，得到的F－的圖線如圖4所示． 圖3　　　　　　　圖4 實驗中測得兩光電門的距離L＝0.80 m，砂和砂桶的總質(zhì)量m1＝0.34 kg，重力加速度g取9.8 m/s2，則圖線的斜率為______

4、__(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)；若小車與長木板間的摩擦不能忽略，測得的圖線斜率將________(填“變大”、“變小”或“不變”)． 答案　(1)小車與滑輪間的細(xì)繩與長木板平行　砂和砂桶的總質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量　C (2)0.54 kg·m或0.54 N·s2　不變 3．某同學(xué)將力傳感器固定在小車上，然后把繩的一端固定在傳感器拉鉤上，用來測量繩對小車的拉力，探究在小車及傳感器總質(zhì)量不變時加速度跟它們所受拉力的關(guān)系，根據(jù)所測數(shù)據(jù)在坐標(biāo)系中作出了如圖5所示的aF圖象． 圖5 (1)圖線不過坐標(biāo)原點的原因是_________________________________________

5、_________________________ _________________________________________________________________； (2)本實驗中是否仍需要砂和桶的總質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車和傳感器的總質(zhì)量________(填“是”或“否”)； (3)由圖象求出小車和傳感器的總質(zhì)量為________ kg. 解析　(1)aF圖象與橫軸交點為(0.1,0)，說明施加外力在0.1 N之內(nèi)小車和傳感器沒有加速度，說明實驗前沒有平衡摩擦力或者平衡摩擦力不足． (2)因傳感器可直接測出小車和傳感器受到的拉力，因此不需要保證砂和桶的質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車和傳感

6、器的總質(zhì)量． (3)aF圖象斜率為，由圖知圖象斜率k＝1，則小車和傳感器的總質(zhì)量為1 kg. 答案　(1)未平衡摩擦力或平衡摩擦力不足　(2)否　(3)1 4．圖6為“驗證牛頓第二定律”的實驗裝置示意圖．砂和砂桶的總質(zhì)量為m，小車和砝碼的總質(zhì)量為M.實驗中用砂和砂桶總重力的大小作為細(xì)線對小車?yán)Φ拇笮。? (1)實驗中，為了使細(xì)線對小車的拉力等于小車所受的合外力，先調(diào)節(jié)長木板一端滑輪的高度，使細(xì)線與長木板平行．接下來還需要進(jìn)行的一項操作是 (　　)． 圖6 A．將長木板水平放置，讓小車連著已經(jīng)穿過打點計時器的紙帶，給打點計時器通電，調(diào)節(jié)m的大小，使小車在砂和砂桶的牽引下運動，從

7、打出的紙帶判斷小車是否做勻速運動 B．將長木板的一端墊起適當(dāng)?shù)母叨?，讓小車連著已經(jīng)穿過打點計時器的紙帶，撤去砂和砂桶，給打點計時器通電，輕推小車，從打出的紙帶判斷小車是否做勻速運動 C．將長木板的一端墊起適當(dāng)?shù)母叨?，撤去紙帶以及砂和砂桶，輕推小車，觀察判斷小車是否做勻速運動 (2)實驗中要進(jìn)行質(zhì)量m和M的選取，以下最合理的一組是(　　)． A．M＝200 g，m＝10 g、15 g、20 g、25 g、30 g、40 g B．M＝200 g，m＝20 g、40 g、60 g、80 g、100 g、120 g C．M＝400 g，m＝10 g、15 g、20 g、25 g、30 g、

8、40 g D．M＝400 g，m＝20 g、40 g、60 g、80 g、100 g、120 g (3)圖7是實驗中得到的一條紙帶，A、B、C、D、E、F、G為7個相鄰的計數(shù)點，相鄰的兩個計數(shù)點之間還有四個點未畫出，量出相鄰的計數(shù)點之間的距離分別為：sAB＝4.22 cm、sBC＝4.65 cm、sCD＝5.08 cm、sDE＝5.49 cm，sEF＝5.91 cm，sFG＝6.34 cm.已知打點計時器的工作頻率為50 Hz，則小車的加速度大小a＝________m/s2.(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)． 圖7 解析　(1)在“驗證牛頓第二定律”的實驗中，為了使細(xì)線對小車的拉力大小等于

9、小車所受的合外力，則需要平衡摩擦力，并使細(xì)線與長木板平行．平衡摩擦力的方法是只讓小車牽引紙帶(撤去砂及砂桶)，紙帶穿過打點計時器，并墊高長木板不帶滑輪的一端，打點計時器接通電源工作．如果打出紙帶上的點跡分布均勻，則說明小車做勻速運動．故選項B正確，選項A、C錯誤． (2)在“驗證牛頓第二定律”的實驗中，為使細(xì)線對小車的拉力等于砂及砂桶的總重力，則M?m，且盡可能地多做幾組．故選項C最合理． (3)根據(jù)題意，相鄰計數(shù)點間的時間間隔為T＝0.1 s， 根據(jù)Δs＝aT2，得， sDE－sAB＝3a1T2　sEF－sBC＝3a2T2　sFG－sCD＝3a3T2 所以小車的加速度 a＝＝＝0

10、.42 m/s2. 答案　(1)B　(2)C　(3)0.42 5．如圖8為用拉力傳感器和速度傳感器探究“加速度與物體受力的關(guān)系”實驗裝置．用拉力傳感器記錄小車受到拉力的大小，在長木板上相距L＝48.0 cm的A、B兩點各安裝一個速度傳感器，分別記錄小車到達(dá)A、B時的速率． 圖8 (1)實驗主要步驟如下： ①將拉力傳感器固定在小車上； ②平衡摩擦力，讓小車做________運動； 序號 F(N) v－v(m2/s2) a(m/s2) 1 0.60 0.77 0.80 2 1.04 1.61 1.68 3 1.42 2.31 4 2.62 4

11、.65 4.84 5 3.00 5.49 5.72 ③把細(xì)線的一端固定在拉力傳感器上，另一端通過定滑輪與鉤碼相連； ④接通電源后自C點釋放小車，小車在細(xì)線拉動下運動，記錄細(xì)線拉力F的大小及小車分別到達(dá)A、B時的速率vA、vB； ⑤改變所掛鉤碼的數(shù)量，重復(fù)④的操作． (2)下表中記錄了實驗測得的幾組數(shù)據(jù)，v－v是兩個速度傳感器記錄速率的平方差，則加速度的表達(dá)式a＝________.請將表中第3次的實驗數(shù)據(jù)填寫完整． (3)由表中數(shù)據(jù)，在圖8中的坐標(biāo)紙上作出aF關(guān)系圖線． 圖16 (4)對比實驗結(jié)果與理論計算得到的關(guān)系圖線(圖中已畫出理論圖線)，造成上述偏差的原因是______________________． 解析　(1)判斷摩擦力是否平衡，要根據(jù)小車不受拉力作用時，沿長木板能否做勻速直線運動．(2)小車在拉力作用下做勻變速直線運動，由勻變速直線運動的規(guī)律可得：a＝.小車在不同拉力作用下均做勻變速直線運動，由v－v與a成正比可得：a＝2.40 m/s2. (3)根據(jù)表中a與F的數(shù)據(jù)描點，發(fā)現(xiàn)各點基本處于同一條直線上，通過各點作直線即可． (4)沒有完全平衡摩擦力．當(dāng)沒有完全平衡摩擦力時，由F－f＝ma得：a＝F－，aF圖線交于F軸的正半軸． 答案　(1)②勻速直線　(2)　2.40　(3)如解析圖所示　(4)沒有完全平衡摩擦力