高考物理一輪復習 第3章 牛頓運動定律 微專題18 實驗：驗證牛頓運動定律試題 粵教版-粵教版高三物理試題

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1、18 實驗：驗證牛頓運動定律 [方法點撥]　(1)控制變量法．(2)圖象法． 1．用圖1甲所示裝置“探究小車加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”．請思考并完成相關(guān)內(nèi)容： 圖1 (1)實驗時，為平衡摩擦力，以下操作正確的是________． A．連著砂桶，適當調(diào)整木板右端的高度，直到小車被輕推后沿木板勻速運動 B．取下砂桶，適當調(diào)整木板右端的高度，直到小車被輕推后沿木板勻速運動 C．取下砂桶，適當調(diào)整木板右端的高度，直到小車緩慢沿木板做直線運動 (2)圖乙是實驗中得到的一條紙帶，已知相鄰計數(shù)點間還有四個點未畫出，打點計時器所用電源頻率為50 Hz，由此可求出小車的加速度a＝___

2、_____ m/s2(計算結(jié)果保留三位有效數(shù)字)． (3)一組同學在保持木板水平時，研究小車質(zhì)量一定的情況下加速度a與合外力F的關(guān)系，得到如圖丙中①所示的a－F圖線．則小車運動時受到的摩擦力f＝______ N，小車質(zhì)量M＝________ kg.若該小組正確完成了步驟(1)，得到的a－F圖線應該是圖丙中的________(填“②”“③”或“④”)． 2．某探究性學習小組利用如圖2所示裝置探究光滑斜面上物體的加速度與物體質(zhì)量及斜面傾角的關(guān)系． (1)下列實驗方法，可以采用________． A．等效法 B．控制變量法 C．放大法 D．累積法 (2)實驗中，通過向小車放入鉤碼來改

3、變小車質(zhì)量，只要測出小車從長為L的斜面頂端滑至底端的時間t，就可以由公式a＝________________求出加速度． 圖2 (3)實驗中通過改變方木塊墊放位置來調(diào)整長木板的傾角，由于沒有量角器，因此通過測量出長木板頂端到水平面的高度h，求出傾角α的正弦值sin α＝.某同學記錄了高度和加速度的對應值，并在坐標紙上建立適當?shù)淖鴺讼岛竺椟c作圖如圖3，請根據(jù)他所作的圖線求出當?shù)氐闹亓铀俣萭＝________ m/s2. 圖3 3．為了探究加速度與力的關(guān)系，某同學設計了如圖4所示的實驗裝置，一端帶有定滑輪的長木板水平放置，長木板上安裝兩個相距為d的光電門；放在長木板上的滑塊通過繞

4、過定滑輪的細線與力傳感器相連，力傳感器下掛一重物．拉滑塊的細線的拉力大小F等于力傳感器的示數(shù)．讓滑塊從光電門1處由靜止釋放，運動一段時間t后，經(jīng)過光電門2.改變重物質(zhì)量，重復以上操作，得到下表中的5組數(shù)據(jù)．(取g＝10 m/s2，最大靜摩擦力等于滑動摩擦力) 圖4 次數(shù) a/(m·s－2) F/N 1 1.0 0.76 2 2.0 0.99 3 3.0 1.23 4 4.0 1.50 5 5.0 1.76 (1)若測得兩光電門之間距離d＝0.5 m，運動時間t＝0.5 s，則滑塊的加速度a＝________m/s2. (2)依據(jù)表中數(shù)據(jù)在圖5中

5、畫出a－F圖象． 圖5 (3)根據(jù)圖象可得滑塊的質(zhì)量m＝________kg，滑塊和長木板間的動摩擦因數(shù)μ＝________. 4．某同學利用“驗證牛頓第二定律”的實驗器材，測量滑塊和長木板之間的動摩擦因數(shù)．如圖6所示，帶滑輪的長木板水平放置，力傳感器固定在墻上，輕繩分別跨過固定在滑塊上和固定在長木板末端的滑輪，一端與力傳感器連接，另一端豎直懸掛一砂桶，砂桶距地面足夠遠．調(diào)節(jié)兩滑輪的位置使輕繩與長木板平行，不計輕繩與各滑輪之間的摩擦． 圖6 (1)實驗時，一定要進行的操作是______(填選項前的字母)． A．將長木板右端墊高以平衡摩擦力 B．使砂和砂桶的總質(zhì)量遠小于滑塊

6、質(zhì)量 C．將打點計時器接交流電源 D．用天平測砂和砂桶的總質(zhì)量 (2)實驗時，記錄力傳感器的示數(shù)F,用天平測出滑塊質(zhì)量m,由紙帶上的點求出加速度a.根據(jù)這些數(shù)據(jù),可以得出滑塊和長木板間的動摩擦因數(shù)的表達式μ＝________.(重力加速度為g) 5．如圖7甲所示，一端帶有定滑輪的長木板放置在水平桌面上，靠近長木板的左端固定有一光電門，右端放置一帶有擋光片的小車，小車和擋光片的總質(zhì)量為M，細線繞過定滑輪，一端與小車相連，另一端掛有6個鉤碼，已知每個鉤碼的質(zhì)量為m，且M＝4m. 圖7 (1)用游標卡尺測出小車上的擋光片的寬度，讀數(shù)如圖乙所示，則擋光片寬度d＝________ cm.

7、 (2)實驗時為了消除摩擦力的影響，可以把木板右端適當墊高，調(diào)節(jié)木板的傾斜度，直到使小車在________(填“受”或“不受”)細線的拉力時能沿木板做________直線運動． (3)將小車從木板右端由靜止釋放，小車上的擋光片通過光電門的時間為t1，則小車通過光電門的速度為______(用題給字母表示)． (4)開始實驗時，細線另一端掛有6個鉤碼，由靜止釋放小車后細線上的拉力為F1，接著每次實驗時將1個鉤碼移放到小車上，當細線掛有3個鉤碼時細線上的拉力為F2，則F1________2F2(填“大于”“等于”或“小于”)． (5)若每次移動鉤碼后都從同一位置釋放小車，設擋光片(寬度為d，

8、且d?L)與光電門的距離為L,細線所掛鉤碼的個數(shù)為n，測出每次擋光片通過光電門的時間為t,測出多組數(shù)據(jù),并繪出n－圖象如圖8所示,已知圖線斜率為k,則當?shù)刂亓铀俣葹開______(用題給字母表示)． 圖8 6．為測量一鉛塊的質(zhì)量，某同學設計了圖9a所示的實驗．將鉛塊和鉤碼用跨過定滑輪的細繩連接，在質(zhì)量為200 g的鉤碼下端拴上穿過打點計時器的紙帶，閉合電源釋放鉛塊，鉛塊下降,打點計時器在紙帶上打下一系列的點.圖b為紙帶的一部分,其中A、B、C、D為四個連續(xù)的點，已知打點計時器接在頻率為50 Hz的交流電源上,當?shù)氐闹亓铀俣萭＝9.75 m/s2，不計滑輪的質(zhì)量及摩擦，回答下列問題：

9、(計算結(jié)果保留三位有效數(shù)字) 圖9 (1)計時點D對應刻度尺的刻度值為________ cm； (2)鉛塊的加速度大小為________ m/s2； (3)可求得鉛塊的質(zhì)量為________ kg. 7．某實驗小組在“探究加速度與物體受力的關(guān)系”實驗中，設計出如下的實驗方案，其實驗裝置如圖10所示．已知小車質(zhì)量M＝214.6 g，砝碼盤質(zhì)量m0＝8.0 g，打點計時器所使用的交流電頻率f＝50 Hz.其實驗步驟是： 圖10 A．按圖中所示安裝好實驗裝置； B．調(diào)節(jié)長木板的傾角，輕推小車后，使小車能沿長木板向下做勻速運動； C．取下細繩和砝碼盤，記下砝碼盤中砝碼

10、的質(zhì)量m； D．將小車置于打點計時器旁,先接通電源,再放開小車,打出一條紙帶,由紙帶求得小車的加速度a； E．重新掛上細繩和砝碼盤，改變砝碼盤中砝碼的質(zhì)量，重復B～D步驟，求得小車在不同合外力F作用下的加速度． 回答下列問題： (1)按上述方案做實驗，是否要求砝碼和砝碼盤的總質(zhì)量遠小于小車的質(zhì)量？________(填“是”或“否”)． (2)實驗中打出的其中一條紙帶如圖11所示，由該紙帶可求得小車的加速度a＝________m/s2. 圖11 (3)某同學將有關(guān)測量數(shù)據(jù)填入他所設計的表格中，如下表： 次數(shù) 1 2 3 4 5 砝碼盤中砝碼的重力F/N 0.10

11、 0.20 0.29 0.39 0.49 小車的加速度a/(m·s－2) 0.88 1.44 1.84 2.38 2.89 他根據(jù)表中的數(shù)據(jù)畫出a－F圖象(如圖12)．造成圖線不過坐標原點的最主要原因是_________，從該圖線延長線與橫軸的交點可求出的物理量是_______，其大小為________. 圖12 答案精析 1．(1)B　(2)1.60　(3)0.10　0.20　② 解析　(1)在平衡摩擦力時，應使小車所受重力沿木板斜面方向的分力等于小車所受摩擦力，所以應該取下砂桶，輕推小車后，小車能勻速下滑，B項正確． (2)將所得紙帶分為等時的兩大段，由

12、逐差公式Δs＝aT2可知，小車的加速度為： a＝ cm/s2＝1.60 m/s2. (3)木板水平時，由牛頓第二定律F－f＝Ma得a＝F－，結(jié)合圖象可知，a＝0時，f＝F＝0.10 N；當F＝0時，＝0.50 m/s2，所以M＝0.20 kg.無論是否平衡摩擦力，a－F圖線的斜率都等于小車質(zhì)量的倒數(shù)，故正確完成實驗步驟(1)所得到的實驗圖線應過原點且與圖線①平行，所以應是圖線②. 2．(1)B　(2)　(3)9.6 解析　(1)要探究光滑斜面上物體的加速度與物體質(zhì)量及斜面傾角的關(guān)系，由于有兩個變量，可采用控制變量法，B正確．(2)小車在光滑斜面上做初速度為零的勻加速運動，由L＝at2可

13、得a＝.(3)小車在光滑斜面上運動時，其加速度a＝gsin α，a－sin α圖象的斜率表示重力加速度，得g＝9.6 m/s2. 3．(1)4.0　(2)見解析圖　(3)0.25　0.2 解析　(1)根據(jù)運動學公式d＝at2得，a＝＝ m/s2＝4.0 m/s2. (2)如圖所示 (3)根據(jù)F－μmg＝ma得a＝－μg，所以滑塊運動的加速度a和所受拉力F的關(guān)系圖象的斜率等于滑塊質(zhì)量的倒數(shù)． 由圖象得加速度a和所受拉力F的關(guān)系圖象的斜率k＝4，所以滑塊的質(zhì)量m＝0.25 kg. 由圖象得，當F＝0.5 N時，滑塊剛要開始滑動，所以滑塊與軌道間的最大靜摩擦力等于0.5 N. 而最

14、大靜摩擦力等于滑動摩擦力，即μmg＝0.5 N，解得μ＝0.2. 4．(1)C　(2) 解析　(1)由于采用了力傳感器，可直接讀出輕繩的拉力，不需要使砂和砂桶的總質(zhì)量遠小于滑塊質(zhì)量，也不需要測量砂和砂桶的總質(zhì)量，選項B、D錯誤；由于是測量滑塊與長木板之間的動摩擦因數(shù)，所以不需要將長木板右端墊高以平衡摩擦力，選項A錯誤；打點計時器必須接交流電源才能使用，選項C正確．(2)由于滑塊上有動滑輪，滑塊所受拉力為2F.對滑塊，由牛頓第二定律，2F－μmg＝ma，解得：μ＝. 5．(1)0.520　(2)不受　勻速　(3)　(4)小于　(5) 解析　(1)游標卡尺的主尺讀數(shù)為5 mm，游標尺讀數(shù)為

15、0.05×4 mm＝0.20 mm，則最終讀數(shù)為5.20 mm＝0.520 cm.(2)當小車不受細線的拉力時，重力沿木板向下的分力若與摩擦力平衡，小車做勻速直線運動．(3)極短時間內(nèi)的平均速度等于瞬時速度的大小，則小車通過光電門的速度為.(4)當細線掛有6個鉤碼時，對小車和鉤碼整體分析，a1＝＝0.6g，對小車分析，根據(jù)牛頓第二定律得F1＝Ma1＝4m×0.6g＝2.4mg，當細線掛有3個鉤碼時，對整體分析，a2＝＝0.3g，對小車分析，根據(jù)牛頓第二定律得F2＝7ma2＝2.1mg，可知F1＜2F2.(5)小車通過光電門的速度v＝，根據(jù)v2＝2aL，得＝2aL，因為a＝＝，代入解得n＝，圖線

16、的斜率k＝，解得g＝. 6．(1)7.60　(2)5.00　(3)0.621 解析　(1)根據(jù)刻度尺讀數(shù)規(guī)則，毫米刻度尺需要估讀到0.1 mm，計時點D對應刻度尺的刻度值為7.60 cm.(2)由Δs＝aT2可得鉛塊的加速度大小a＝＝5.00 m/s2.(3)以鉛塊和鉤碼整體為研究對象，由牛頓運動定律得Mg－mg＝(M＋m)a，解得鉛塊的質(zhì)量M＝0.621 kg. 7．(1)否　(2)0.88　(3)在計算小車所受的合外力時未計入砝碼盤的重力(只要涉及“未考慮砝碼盤質(zhì)量的因素”就算正確)　砝碼盤的重力　0.08 N 解析　(1)取下細繩和砝碼盤后，小車加速運動時所受的合外力即為砝碼和砝碼盤的總重力，而實驗中的研究對象是小車，因此，實驗中不必使砝碼及砝碼盤的質(zhì)量遠小于小車的質(zhì)量． (2)a＝×10－2 m/s2＝0.88 m/s2 (3)實驗中本應有(m0＋m)g＝Ma，由于實驗中未計入砝碼盤的質(zhì)量m0，測得的圖象與真實圖象相比沿F軸左移m0g，圖象將不過原點．由圖象及上述分析可知，m0g＝0.08 N.