高考物理總復(fù)習(xí) 第三章 第4講 實(shí)驗(yàn)四 驗(yàn)證牛頓運(yùn)動(dòng)定律 新人教版

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1、高考物理總復(fù)習(xí) 第三章 第4講 實(shí)驗(yàn)四 驗(yàn)證牛頓運(yùn)動(dòng)定律 新人教版 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(shí)驗(yàn)中確定的研究對(duì)象是小車,而且認(rèn)為細(xì)線對(duì)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(duì)該實(shí)驗(yàn),以下說法中不正確的是________. 圖1 A.在長(zhǎng)木板不帶定滑輪的一端下面墊一木塊,反復(fù)移動(dòng)木塊的位置,直到小車在砂桶和砂的拉動(dòng)下帶動(dòng)紙帶做勻速直線運(yùn)動(dòng),以平衡小車運(yùn)動(dòng)中受到的摩擦力 B.實(shí)驗(yàn)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(duì)小車的真實(shí)拉力一定略小于砂桶和砂的總重力 D.該實(shí)驗(yàn)是應(yīng)用“控制變量法”來探究牛頓第二定律的

2、 解析 把長(zhǎng)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(yùn)動(dòng),而應(yīng)該在不掛砂桶的情況下,拖動(dòng)紙帶做勻速運(yùn)動(dòng). 答案 A 2.如圖2所示,一端帶有定滑輪的長(zhǎng)木板上固定有甲、乙兩個(gè)光電門,與之相連的計(jì)時(shí)器可以顯示帶有遮光片的小車在其間的運(yùn)動(dòng)時(shí)間,與跨過定滑輪的輕質(zhì)細(xì)繩相連的輕質(zhì)測(cè)力計(jì)能顯示掛鉤處所受的拉力.不計(jì)空氣阻力及一切摩擦. 圖2 (1)在探究“合外力一定時(shí),加速度與質(zhì)量的關(guān)系”時(shí),要使測(cè)力計(jì)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________________________. 實(shí)驗(yàn)時(shí),先

3、測(cè)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(yùn)動(dòng),讀出小車在兩光電門之間的運(yùn)動(dòng)時(shí)間t.改變小車質(zhì)量m,測(cè)得多組m、t的值,建立坐標(biāo)系描點(diǎn)作出圖線.下列能直觀得出“合外力一定時(shí),加速度與質(zhì)量成反比”的圖線是________. (2)如圖3抬高長(zhǎng)木板的左端,使小車從靠近光電門乙處由靜止開始運(yùn)動(dòng),讀出測(cè)力計(jì)的示數(shù)F和小車在兩光電門之間的運(yùn)動(dòng)時(shí)間t0,改變木板傾角,測(cè)得多組數(shù)據(jù),得到的F-的圖線如圖4所示. 圖3       圖4 實(shí)驗(yàn)中測(cè)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________(結(jié)果保留

4、兩位有效數(shù)字);若小車與長(zhǎng)木板間的摩擦不能忽略,測(cè)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(zhǎng)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(cè)量繩對(duì)小車的拉力,探究在小車及傳感器總質(zhì)量不變時(shí)加速度跟它們所受拉力的關(guān)系,根據(jù)所測(cè)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(diǎn)的原因是________________________________________________

5、__________________ _________________________________________________________________; (2)本實(shí)驗(yàn)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(diǎn)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(shí)驗(yàn)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(cè)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)小于小車和傳感器的總質(zhì)量.

6、 (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(yàn)證牛頓第二定律”的實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)中用砂和砂桶總重力的大小作為細(xì)線對(duì)小車?yán)Φ拇笮。? (1)實(shí)驗(yàn)中,為了使細(xì)線對(duì)小車的拉力等于小車所受的合外力,先調(diào)節(jié)長(zhǎng)木板一端滑輪的高度,使細(xì)線與長(zhǎng)木板平行.接下來還需要進(jìn)行的一項(xiàng)操作是 (  ). 圖6 A.將長(zhǎng)木板水平放置,讓小車連著已經(jīng)穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的紙帶,給打點(diǎn)計(jì)時(shí)器通電,調(diào)節(jié)m的大小,使小車在砂和砂桶的牽引下運(yùn)動(dòng),從打出的紙帶判斷

7、小車是否做勻速運(yùn)動(dòng) B.將長(zhǎng)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(diǎn)計(jì)時(shí)器的紙帶,撤去砂和砂桶,給打點(diǎn)計(jì)時(shí)器通電,輕推小車,從打出的紙帶判斷小車是否做勻速運(yùn)動(dòng) C.將長(zhǎng)木板的一端墊起適當(dāng)?shù)母叨龋啡ゼ垘б约吧昂蜕巴?,輕推小車,觀察判斷小車是否做勻速運(yùn)動(dòng) (2)實(shí)驗(yàn)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、40 g D

8、.M=400 g,m=20 g、40 g、60 g、80 g、100 g、120 g (3)圖7是實(shí)驗(yàn)中得到的一條紙帶,A、B、C、D、E、F、G為7個(gè)相鄰的計(jì)數(shù)點(diǎn),相鄰的兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)之間還有四個(gè)點(diǎn)未畫出,量出相鄰的計(jì)數(shù)點(diǎn)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(diǎn)計(jì)時(shí)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(yàn)證牛頓第二定律”的實(shí)驗(yàn)中,為了使細(xì)線對(duì)小車的拉力大小等于小車所受的合外

9、力,則需要平衡摩擦力,并使細(xì)線與長(zhǎng)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(diǎn)計(jì)時(shí)器,并墊高長(zhǎng)木板不帶滑輪的一端,打點(diǎn)計(jì)時(shí)器接通電源工作.如果打出紙帶上的點(diǎn)跡分布均勻,則說明小車做勻速運(yùn)動(dòng).故選項(xiàng)B正確,選項(xiàng)A、C錯(cuò)誤. (2)在“驗(yàn)證牛頓第二定律”的實(shí)驗(yàn)中,為使細(xì)線對(duì)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(xiàng)C最合理. (3)根據(jù)題意,相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)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===0.42 m/s

10、2. 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(shí)驗(yàn)裝置.用拉力傳感器記錄小車受到拉力的大小,在長(zhǎng)木板上相距L=48.0 cm的A、B兩點(diǎn)各安裝一個(gè)速度傳感器,分別記錄小車到達(dá)A、B時(shí)的速率. 圖8 (1)實(shí)驗(yàn)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(yùn)動(dòng); 序號(hào) 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 4.65 4.

11、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(diǎn)釋放小車,小車在細(xì)線拉動(dòng)下運(yùn)動(dòng),記錄細(xì)線拉力F的大小及小車分別到達(dá)A、B時(shí)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(shí)驗(yàn)測(cè)得的幾組數(shù)據(jù),v-v是兩個(gè)速度傳感器記錄速率的平方差,則加速度的表達(dá)式a=________.請(qǐng)將表中第3次的實(shí)驗(yàn)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(duì)比實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論計(jì)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(shí),沿長(zhǎng)木板能否做勻速直線運(yùn)動(dòng).(2)小車在拉力作用下做勻變速直線運(yùn)動(dòng),由勻變速直線運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng),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(diǎn),發(fā)現(xiàn)各點(diǎn)基本處于同一條直線上,通過各點(diǎn)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(shí),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

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