2020版高考物理一轮复习全程训练计划课练10实验:验证牛顿第二定律含解析2019042933.wps
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1、实验:验证牛顿第二定律 小题狂练 小题是基础 练小题 提分快 1.2019宁夏长庆高级中学检测在“验证牛顿第二定律”的实验中,采用如图所示的实 验装置,小车及车中砝码的质量用 M 表示,砂和砂桶的质量用 m 表示,小车的加速度可由小车 后拖动的纸带计算出 (1)实验中,为了使细线对小车的拉力大小等于小车所受的合外力,先调节长木板一端滑 轮的高度,使细线与长木板平行接下来还需要进行的一项操作是_ A将长木板水平放置,让小车连着已经穿过打点计时器的纸带,给打点计时器通电改 变砂桶中砂子的多少,使小车在砂和砂桶的牵引下运动,从打出的纸带判断小车是否做匀速运 动 B将长木板的一端垫起适当的高度,让小车
2、连着已经穿过打点计时器的纸带,撤去砂和 砂桶,给打点计时器通电,轻推小车,从打出的纸带判断小车是否做匀速运动 C将长木板的一端垫起适当的高度,撤去纸带以及砂和砂桶,轻推小车,观察判断小车 是否做匀速运动 (2)实验中要进行质量 m 和 M 的选取,以下最合理的一组是_ AM200 g,m10 g、15 g、20 g、25 g、30 g、35 g、40 g BM200 g,m20 g、40 g、60 g、80 g、100 g、120 g CM400 g,m10 g、15 g、20 g、25 g、30 g、35 g、40 g DM400 g,m20 g、40 g、60 g、80 g、100 g、1
3、20 g (3)已知打点计时器使用的交流电频率为 50 Hz,每相邻两个计数点间还有 4 个点未画出, 利用图给数据可求出小车运动的加速度 a_ m/s2.(结果保留三位有效数字) 答案:(1)B (2)C (3)1.58 解析:(1)为了使细线对小车的拉力大小等于小车所受的合外力,先调节长木板一端滑轮 的高度,使细线与长木板平行接下来还需要进行的一项操作是将长木板的一端垫起适当的高 度,让小车连着已经穿过打点计时器的纸带,撤去砂和砂桶,给打点计时器通电,轻推小车, 从打出的纸带判断小车是否做匀速运动,即平衡摩擦力,B 正确(2)当 m 远远小于 M 时,即当 1 砂和砂桶总质量远远小于小车和
4、砝码的总质量,细线的拉力大小近似等于砂和砂桶的总重 力因此最合理的一组是 C.(3)相邻的两个计数点之间还有四个点未画出,两相邻的计数点时 间间隔为 T0.1 s,利用匀变速直线运动的推论 xaT2,得 xDExAB3a1T2、xEFxBC a1a2a3 3a2T2, xCD xOA 3a3T2, 则 加 速 度 应 为 a 3 0.107 10.091 00.075 70.059 50.044 00.028 0 9 0.01 m/s21.58 m/s2. 22019陕西省西安市长安一中模拟如图所示是某同学探究加速度与力的关系的实验 装置他在气垫导轨上安装了一个光电门 B,滑块上固定一遮光条,
5、滑块用细线绕过气垫导轨 左端的定滑轮与力传感器相连,传感器下方悬挂钩码,每次滑块都从 A 处由静止释放已知遮 光条的宽度 d2.25 mm. (1)下列不必要的一项实验要求是_(请填写选项前对应的字母) A应使 A 位置与光电门间的距离适当大些 B应将气垫导轨调节水平 C应使细线与气垫导轨平行 D应使滑块质量远大于钩码和力传感器的总质量 (2)实验时,将滑块从A位置由静止释放,由数字计时器读出遮光条通过光电门B的时间t, 若要得到滑块的加速度,还需要测量的物理量是_(写出物理量 名称及表示符号) (3)改变钩码质量,测出对应的力传感器的示数 F 和遮光条通过光电门的时间 t,通过描点 作出线性
6、图象,研究滑块的加速度与力的关系,处理数据时应作出_图象 1 答案:(1)D (2)A 位置到光电门的距离 L (3)F t2 解析:(1)应使 A 位置与光电门间的距离适当大些,有利于减小误差,故 A 是必要的;应 将气垫导轨调节水平,使拉力等于合力,故 B 是必要的;要保持细线方向与气垫导轨平行,故 C 是必要的;拉力是直接通过力传感器测量的,故与滑块质量和钩码质量大小关系无关,故 D d 是不必要 的;(2)根据匀变速直线运动的位移速度公式得 v22aL,又因为 v ,解得 a t d2 F ,故要测加速度还需要测出 A 位置到光电门的距离 L;(3)根据牛顿第二定律得:a ,解 2Lt
7、2 M 2 Md2 1 1 得:F ,所以处理数据时应作出 F 的图象 2L t2 t2 32019重庆市重庆一中考试某实验小组设计如图甲所示实验装置“探究加速度与力 的关系”已知小车的质量 M,砝码盘的质量 m0,打点计时器使用的交流电频率 f50 Hz. (1)探究方案的实验步骤 A按图甲安装好实验装置; B调节长木板的倾角,轻推小车后,使小车能沿长木板向下做匀速运动; C取下细绳和砝码盘,记录砝码盘中砝码的质量 m; D将小车紧靠打点计时器,接通电源后放开小车,得到一条点迹清晰的纸带,由纸带求 得小车的加速度 a; E重新挂上细绳和砝码盘,改变砝码盘中砝码的质量 m,重复多次步骤 BD,
8、得到多组 m、a. (2)记录数据及数据分析 实验中打出的其中一条纸带如图乙所示,由该纸带可求得小车的加速度 a_ m/s2. 实验小组认为小车受到的合外力 Fmg,根据记录数据和纸带,将计算得到的合外力和 加速度填入设计的表中(表略) 建立 aF 坐标系,利用中得到的表中数据描点得到如图丙所示的图线根据图线,“小 车加速度 a 与外力 F ”成正比 的结论是_(“”“”选填 成立 或 不成立 )的;已知图线延 3 长线与横轴的交点 A 的坐标是(0.08 N,0),由此可知,砝码盘的质量 m0_ kg.(已知 数据测量是准确的,重力加速度 g 取 10 m/s2) (3)方案评估:若认为小车
9、受到的合外力等于砝码盘和砝码的总重力,即 F(m0m)g,实 验中随着 F 的增大,不再满足砝码和砝码盘的总质量远小于小车的质量要求,实验图应为 _(填正确答案标号) 答案:(2)0.88 不成立 0.008 (3)A 7.758.646.006.87 102 解析:(2) 根据 xaT2,运用逐差法得 a m/s2 4 0.01 0.88 m/s2;由题图丙可知,图象是不过原点的倾斜直线,a 与 F 不成正比;由图象可知, 当 F0 时,小车有加速度,这说明在计算小车所受的合外力时未计入砝码盘的重力,由图线 延长线与横轴的交点可求出的物理量是砝码盘的重力大小,砝码盘的重力大小为 0.08 N
10、,则砝 码盘的质量 m00.008 kg;(3)当小车匀速下滑时有:Mgsinf(mm0)g,当取下细绳和砝 码盘后,由于重力沿斜面向下的分力 Mgsin 和摩擦力 f 不变,因此其合外力为(mm0)g,由 此可知该实验中不需要砝码和砝码盘的总质量远小于小车的质量,故 aF 图线是过原点的倾 斜直线,A 正确 42019河北省衡水中学一调为了探究质量一定时加速度与力的关系,一同学设计了 如图甲所示的实验装置其中带滑轮的小车的质量为 M,砂和砂桶的质量为 m.(滑轮质量不计) (1)实验时,一定要进行的操作是_ A用天平测出砂和砂桶的质量 B将带滑轮的长木板右端垫高,以平衡摩擦力 C小车靠近打点
11、计时器,先接通电源,再释放小车,打出一条纸带,同时记录弹簧测力 计的示数 D改变砂和砂桶的质量,打出几条纸带 E为减小误差,实验中一定要保证砂和砂桶的质量 m 远小于小车的质量 M (2)该同学在实验中得到如图乙所示的一条纸带(两相邻计数点间还有四个点),测 得:x1 1.40 cm,x21.90 cm,x32.38 cm,x42.88 cm,x53.39 cm,x63.87 cm.那么打下 3 点 4 时小车的瞬时速度的大小是_ m/小s,车加速度的大小是_ m/s2.已知打点计时器采 用的是频率为 50 Hz的交流电(结果保留两位有效数字) (3)以弹簧测力计的示数 F 为横坐标,加速度
12、a 为纵坐标,作出的 aF 图象是一条直线, 如图丙所示,图线与横轴的夹角为 ,求得图线的斜率为 k,则小车的质量为_ 1 A2tan B. tan 2 Ck D. k 答案:(1)BCD (2)0.26 0.50 (3)D 解析:(1)本实验中拉力可以由弹簧测力计测出,不需要用天平测出砂和砂桶的质量,也 就不需要使砂和砂桶的质量远小于小车的质量,A、E 错误;弹簧测力计测出拉力,从而得到小 车受到的合外力,故需要将带滑轮的长木板右端垫高,以平衡摩擦力,B 正确;打点计时器使 用时,先接通电源,再释放小车,该实验探究质量一定时加速度与力的关系,要记录弹簧测力 计的示数,C 正确;改变砂和砂桶质
13、量,即改变拉力的大小,打出几条纸带,研究加速度随力 的变化关系,D 正确(2)两相邻计数点间还有四个点,则相邻两计数点间的时间间隔T0.025 s x3x4 2.382.88 102 0.1 s;打下 3 点时小车的瞬时速度的大小 v m/s0.26 2T 2 0.1 x4x5x6x1x2x3 m/s;由匀变速直线运动的推论可知,小车加速度的大小 a , 9T2 代入数据可解得 a0.50 m/s2.(3)以弹簧测力计的示数 F 为横坐标,加速度 a 为纵坐标,故 k a F 合 2F 2 ,由牛顿第二定律 F 合Ma 得,小车的质量为 M ,故选 D. F a a k 52019湖北省宜昌市
14、部分高中联考某同学做“探究加速度与力、质量关系”的实验如 图甲所示是该实验的装置,他将光电门固定在水平轨道上的 B 点,用不同重物通过细线拉同一 小车,每次小车都从同一位置 A 由静止释放 5 (1)实验中可近似认为细线对小车的拉力与重物重力大小相等,则重物的质量 m 与小车的 质量 M 间应满足的关系为_ (2)若用游标卡尺测出遮光条的宽度 d 如图乙所示,则 d_ cm;实验时将小车从 图示位置由静止释放,由数字计时器读出遮光条通过光电门的时间 t,就可以计算出小车经 过光电门时的速度 v. (3)测出多组重物的质量 m 和对应遮光条通过光电门的时间 t,并算出相应的小车经过光 电门时的速
15、度 v,通过描点作出 v2m 线性图象(如图丙所示),从图线得到的结论是:在小车 质量一定时,_.如果小车的质量 M5 kg,图象的斜率 k1 m2s 2kg1,则 A、B 间的距离 s_ m(g 取 10 m/s2) (4)另一实验小组设计了如图(a)所示的实验装置,通过改变重物的质量,利用计算机可得 滑块运动的加速度 a 和所受拉力 F 的关系图象他们在轨道水平和倾斜的两种情况下分别做了 实验,得到了两条 aF 图线,如图(b)所示滑块和位移传感器发射部分的总质量 m _kg;滑块和轨道间的动摩擦因数 _.(重力加速度 g 取 10 m/s2,最大静摩 擦力等于滑动摩擦力) 答案:(1)m
16、M (2)1.050 (3)加速度与合外力成正比 0.25 (4)0.5 0.2 解析:(1)该实验的研究对象是小车,采用控制变量法研究当质量一定时,研究小车的 加速度和小车所受合力的关系为消除摩擦力对实验的影响,可以把木板的右端适当垫高,以 使小车的重力沿斜面的分力和摩擦力相抵消,那么小车所受的合力就是细线的拉力根据牛顿 mMg mg 第二定律:对重物,mg Fma,对小车,FMa,解得 F ,当 m 远小于 M,即当 Mm m 1 M 重物重力远小于小车的重力时,细线的拉力近似等于重物的总重力(2)游标卡尺的主尺读数 为 10 mm,游标尺读数为 0.0510 mm0.50 mm,所以最终
17、读数为:10 mm0.50 mm10.50 mm 1.050 cm;数字计时器记录通过光电门的时间,由位移公式计算出小车通过光电门的平均速度, 6 d 用该平均速度代替小车的瞬时速度,故在遮光条经过光电门时小车的瞬间速度为:v .(3) t 2sg 由题意可知,该实验中 保持小车质量 M 不变,因此有:v22as m,由题意可知,M、s 不 M 变,因 v2m 图象为过原点的直线,则说明加速度与合外力成正比如果小车的质量 M5 kg, 2sg 图象的斜率 k1 m2s2kg1,则 1 m2s2kg1,解得 A、B 间的距离 s0.25 m(4) M Fmg F 1 当轨道水平时,根据牛顿第二定
18、律得:a g,可知图线的斜率 k m m m 2 kg1,解得:m0.5 kg,纵轴截距的绝对值 g2 ms2,解得:0.2. 62019重庆调研某组同学计划用如图甲所示的实验装置,探究加速度 a 与合外力 F 及小车质量 M 之间的关系 (1)为了平衡小车在运动过程中受到的阻力,必须使木板倾斜恰当的角度 ,若小车和木 板之间的动摩擦因数为 ,则 tan_(“选填 ”“、 ”“”或 ) (2)实验得到如图乙所示的纸带O 点为小车运动起始时刻所打的点,选取时间间隔为 0.1 s 的相邻计数点记为 A、B、C、D、E、F、G,小车的加速度大小为_ m/s2(结果保留两位 有效数字) (3)在处理实
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