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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)母叨龋屝≤囘B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