《高考物理一輪復(fù)習(xí) 第三章 微專題24 實驗驗證牛頓運動定律》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《高考物理一輪復(fù)習(xí) 第三章 微專題24 實驗驗證牛頓運動定律（7頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

實驗驗證牛頓運動定律 1．考點及要求：(1)實驗原理與操作；(2)數(shù)據(jù)處理與誤差分析.2.方法與技巧：(1)控制變量法；(2)圖像法． 1．(實驗原理與操作)如圖1所示是某同學(xué)探究加速度與力的關(guān)系的實驗裝置．他在氣墊導(dǎo)軌上安裝了一個光電門B，在滑塊上固定一遮光條，滑塊用細線繞過氣墊導(dǎo)軌左端的定滑輪與力傳感器相連(力傳感器可測得細線上的拉力大小)，力傳感器下方懸掛鉤碼，每次滑塊都從A處由靜止釋放． 圖1 (1)該同學(xué)用游標(biāo)卡尺測量遮光條的寬度d，如圖2所示，則d＝________mm. 圖2 (2)下列不必要的一項實驗要求是________．(請?zhí)顚戇x項前對應(yīng)的字母) A．應(yīng)使A位置與光電門間的距離適當(dāng)大些 B．應(yīng)將氣墊導(dǎo)軌調(diào)節(jié)水平 C．應(yīng)使細線與氣墊導(dǎo)軌平行 D．應(yīng)使滑塊質(zhì)量遠大于鉤碼和力傳感器的總質(zhì)量 (3)實驗時，將滑塊從A位置由靜止釋放，由數(shù)字計時器讀出遮光條通過光電門B的時間t，若要得到滑塊的加速度，還需要測量的物理量是____________________________________________． (4)為探究滑塊的加速度與力的關(guān)系，改變鉤碼質(zhì)量，測出對應(yīng)的力傳感器的示數(shù)F和遮光條通過光電門的時間t，通過描點要作出它們的線性關(guān)系圖像，處理數(shù)據(jù)時縱軸為F，橫軸應(yīng)為________． 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 A．t B．t2 C. D. 2．(數(shù)據(jù)處理)用如圖3所示的實驗裝置做“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”實驗． 圖3 小車放在木板上，小車前端系一條細繩，繩的一端跨過定滑輪掛一個小盤，盤中可放重物，在實驗中認為小盤和重物所受的重力等于小車做勻加速運動的拉力． (1)實驗中把木板一側(cè)墊高的目的是__________________________________________，為達到上述目的需調(diào)節(jié)木板傾斜度，使小車在不受牽引時能拖動紙帶沿木板做________________________________運動． (2)在探究加速度與力的關(guān)系時，圖4為某次實驗中打出的紙帶，打點計時器的電源頻率為50 Hz，則加速度a＝________ m/s2. 圖4 (3)在探究加速度與質(zhì)量的關(guān)系時，某同學(xué)把實驗得到的幾組數(shù)據(jù)描點并畫出如圖5所示曲線．為了更直觀描述物體的加速度跟其質(zhì)量的關(guān)系，請你根據(jù)圖中數(shù)據(jù)在圖6中建立合理坐標(biāo)，并描點畫線． 圖5 圖6 3．(創(chuàng)新實驗)為了探究質(zhì)量一定時加速度與力的關(guān)系，一同學(xué)設(shè)計了如圖7所示的實驗裝置．其中M為帶滑輪的小車的質(zhì)量，m為砂和砂桶的質(zhì)量．(滑輪質(zhì)量不計) 圖7 (1)實驗時，一定要進行的操作是________． A．用天平測出砂和砂桶的質(zhì)量 B．將帶滑輪的長木板右端墊高，以平衡摩擦力 C．小車靠近打點計時器，先接通電源，再釋放小車，打出一條紙帶，同時記錄彈簧測力計的示數(shù) D．改變砂和砂桶的質(zhì)量，打出幾條紙帶 E．為減小誤差，實驗中一定要保證砂和砂桶的質(zhì)量m遠小于小車的質(zhì)量M (2)該同學(xué)在實驗中得到如圖8所示的一條紙帶(兩計數(shù)點間還有兩個點沒有畫出)，已知打點計時器采用的是頻率為50 Hz的交流電，根據(jù)紙帶可求出小車的加速度為________m/s2(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)． 圖8 (3)以彈簧測力計的示數(shù)F為橫坐標(biāo)，加速度為縱坐標(biāo)，畫出的a－F圖像是一條直線，如圖9所示，圖線與橫坐標(biāo)的夾角為θ，求得圖線的斜率為k，則小車的質(zhì)量為(　　) 圖9 A．2tan θ B. C．k D. 4．為了探究加速度與力的關(guān)系，某同學(xué)設(shè)計了如圖10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(fù)以上操作，得到下表中的5組數(shù)據(jù). 圖10 次數(shù) a/(ms－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11中畫出a－F圖像． 圖11 (3)根據(jù)圖像可得滑塊的質(zhì)量m＝________kg，滑塊和長木板間的動摩擦因數(shù)μ＝________(取g＝10 m/s2)． 5．某實驗小組在“探究加速度與物體受力的關(guān)系”實驗中，設(shè)計出如下的實驗方案，其實驗裝置如圖12所示．已知小車質(zhì)量M＝214.6 g，砝碼盤質(zhì)量m0＝7.8 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12 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(fù)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13所示，由該紙帶可求得小車的加速度a＝________m/s2. 圖13 (3)某同學(xué)將有關(guān)測量數(shù)據(jù)填入他所設(shè)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 0.20 0.29 0.39 0.49 小車的加速度a/(ms－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圖像(如圖14)．造成圖線不過坐標(biāo)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14 答案解析 1．(1)2.25　(2)D　(3)滑塊在A位置時遮光條到光電門的距離　(4)D 解析　(1)游標(biāo)卡尺讀數(shù)等于固定刻度讀數(shù)加上可動刻度讀數(shù)，由題圖知第5條刻度線與主尺對齊，d＝2 mm＋50.05 mm＝2.25 mm. (2)應(yīng)使A位置與光電門間的距離適當(dāng)大些，有利于減小誤差，選項A正確；應(yīng)將氣墊導(dǎo)軌調(diào)節(jié)水平，且保持細線方向與木板平面平行，此時細線上的拉力等于合力，選項B、C正確；拉力是直接通過力傳感器測量的，故與小車質(zhì)量和鉤碼質(zhì)量大小無關(guān)，選項D錯誤．故選D. (3)實驗時，將滑塊從A位置由靜止釋放，由數(shù)字計時器讀出遮光條通過光電門B的時間t，滑塊經(jīng)過光電門時的瞬時速度可近似認為是滑塊經(jīng)過光電門的平均速度．根據(jù)運動學(xué)公式可知，若要得到滑塊的加速度，還需要測量的物理量是滑塊在A位置時遮光條到光電門的距離L. (4)由題意可知，該實驗中保持小車質(zhì)量M不變，因此有v2＝2aL，v＝，a＝則＝2L.所以研究滑塊的加速度與力的關(guān)系，處理數(shù)據(jù)時應(yīng)作出F－圖像，選項D正確． 2．(1)平衡打點計時器對小車的阻力及其他阻力(答“平衡阻力”等也正確)　勻速直線　(2)0.79　(3)如圖所示 解析　(1)實驗中將木板的一端墊高是為了使小車受到的重力的分力等于摩擦阻力，以使繩子的另一端不掛小盤時，小車受到的合力等于0，這樣小車拖著紙帶就可以做勻速直線運動了． (2)由勻變速直線運動的位移特點可得2.63 cm－1.05 cm＝2aT2，T＝代入解得a＝0.79 m/s2. (3)加速度與質(zhì)量的關(guān)系曲線是雙曲線的一支，沒法確定加速度與質(zhì)量的具體關(guān)系，加速度與質(zhì)量成反比，故加速度與質(zhì)量的倒數(shù)成正比，因此應(yīng)作加速度與質(zhì)量倒數(shù)的關(guān)系圖線． 3．(1)BCD　(2)1.3　(3)D 解析　(1)由實驗原理圖可以看出，由彈簧測力計的示數(shù)可得到小車所受的合外力的大小，故不需要測砂和砂桶的質(zhì)量，也不需要保證砂和砂桶的質(zhì)量m遠小于小車的質(zhì)量M，A、E錯；為保證繩上拉力提供合外力，必須平衡摩擦力，B對；小車應(yīng)靠近打點計時器，先接通電源，再釋放小車，同時讀出彈簧測力計的示數(shù)，C對；為了多測幾組數(shù)據(jù)，需改變砂和砂桶的質(zhì)量多做幾次實驗，D對． (2)由逐差法可得：小車的加速度 a＝， 將T＝3 s＝0.06 s，代入可得a≈1.3 m/s2 (3)由題圖結(jié)合牛頓第二定律，有 2F＝Ma， 得a＝F 則圖像斜率k＝，得小車的質(zhì)量M＝，故A、B、C錯，D對． 4．(1)4.0　(2)見解析圖　(3)0.25　0.2 解析　(1)根據(jù)運動學(xué)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)系圖像的斜率等于滑塊質(zhì)量的倒數(shù)． 由圖像得加速度a和所受拉力F的關(guān)系圖像的斜率k＝4，所以滑塊的質(zhì)量m＝0.25 kg. 由圖像得，當(dāng)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. 而最大靜摩擦力等于滑動摩擦力， 即μmg＝0.5 N， 解得μ＝0.2. 5．(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“未考慮砝碼質(zhì)量的因素”就算正確)　砝碼盤的重力　0.08 N 解析　(1)取下砝碼盤后，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(yīng)有(m0＋m)g＝Ma，由于實驗中未計入砝碼盤的質(zhì)量m0，測得的圖像與真實圖像相比沿F軸左移m0g，圖像將不過原點．由圖像及上述分析可知，m0g＝0.08 N.