2019版高考物理一輪復(fù)習(xí)第三章牛頓運(yùn)動(dòng)定律第5講實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證牛頓第二定律檢測28478.doc

第5講實(shí)驗(yàn)：驗(yàn)證牛頓第二定律基礎(chǔ)鞏固1.(2017北京朝陽一模,19)小芳同學(xué)想利用圖示裝置驗(yàn)證“物體質(zhì)量一定時(shí),其加速度與所受的合力成正比”這一結(jié)論。她先將6個(gè)相同的鉤碼全部放入小車中,在長木板左下方墊上適當(dāng)厚度的小物塊,使小車在木板上恰能勻速下滑?，F(xiàn)從小車中依次取n=1,2,3,4,5,6個(gè)鉤碼掛在細(xì)線右端,其余鉤碼仍留在小車內(nèi),并正確完成了后續(xù)的實(shí)驗(yàn)操作。設(shè)小車運(yùn)動(dòng)的加速度大小為a。下列說法正確的是()A.該實(shí)驗(yàn)中細(xì)線對(duì)小車的拉力等于所懸掛鉤碼的總重力B.利用該方案無法驗(yàn)證“物體質(zhì)量一定時(shí),其加速度與所受的合力成正比”這一結(jié)論C.該同學(xué)根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)描繪的加速度a隨n的變化圖像應(yīng)當(dāng)是一條過原點(diǎn)的直線D.若實(shí)驗(yàn)中保持木板水平,則該同學(xué)描繪的加速度a隨n變化的圖像不是直線2.(2016北京朝陽期中,8)如圖所示,水平面光滑,繩的質(zhì)量及繩與滑輪間的摩擦可忽略不計(jì)。物體A的質(zhì)量為M,當(dāng)在繩B端掛一質(zhì)量為m的物體時(shí),物體A的加速度大小為a1;當(dāng)在繩B端施以大小F=mg的豎直向下的拉力作用時(shí),A的加速度大小為a2,則a1與a2的關(guān)系正確的是() A.a1=a2B.a1a2D.無法判斷3.(2018北京豐臺(tái)期末)(1)電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器和電火花計(jì)時(shí)器統(tǒng)稱為打點(diǎn)計(jì)時(shí)器。其中電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器使用時(shí),電源要求是()A.220 V直流B.220 V交流C.46 V直流D.46 V交流(2)利用下圖裝置可以做力學(xué)中的許多實(shí)驗(yàn),以下說法正確的是()A.用此裝置“研究勻變速直線運(yùn)動(dòng)”時(shí),必須設(shè)法消除小車和木板間的摩擦阻力的影響B(tài).用此裝置“研究勻變速直線運(yùn)動(dòng)”時(shí),必須調(diào)整滑輪高度使連接小車的細(xì)線與木板平行C.用此裝置“探究加速度a與力F的關(guān)系”時(shí),每次改變砂和砂桶總質(zhì)量之后,需要重新平衡摩擦力D.用此裝置“探究加速度a與力F的關(guān)系”時(shí),應(yīng)使砂和砂桶總質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量(3)如圖甲所示是某同學(xué)設(shè)計(jì)的“探究加速度a與力F、質(zhì)量m的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)裝置圖,實(shí)驗(yàn)中認(rèn)為細(xì)繩對(duì)小車?yán)等于砂和砂桶總重力,小車運(yùn)動(dòng)加速度可由紙帶求得。圖甲如圖乙所示是該同學(xué)在某次實(shí)驗(yàn)中利用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的一條紙帶,A、B、C、D、E、F是該同學(xué)在紙帶上選取的六個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn),相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間有若干個(gè)點(diǎn)未標(biāo)出,設(shè)相鄰兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔為T。該同學(xué)用刻度尺測出A、C間的距離為s1,B、D間的距離為s2,則打B點(diǎn)時(shí)小車運(yùn)動(dòng)的速度vB=,小車運(yùn)動(dòng)的加速度a= 。圖乙某實(shí)驗(yàn)小組在實(shí)驗(yàn)時(shí)保持砂和砂桶總質(zhì)量不變,改變小車質(zhì)量m,分別得到小車加速度a與質(zhì)量m及對(duì)應(yīng)的1m數(shù)據(jù)如表所示。根據(jù)表中數(shù)據(jù),在圖丙坐標(biāo)紙中作出拉力F不變時(shí)a與1m關(guān)系的圖像。次數(shù)123456小車加速度a/(ms-2)1.721.491.251.000.750.50小車質(zhì)量m/kg0.290.330.400.500.711.001m/kg-13.453.032.502.001.411.00圖丙根據(jù)圖像分析,得到實(shí)驗(yàn)結(jié)論:。綜合提能1.某同學(xué)利用圖(a)所示實(shí)驗(yàn)裝置及數(shù)字化信息系統(tǒng)獲得了小車加速度a與鉤碼的質(zhì)量m的對(duì)應(yīng)關(guān)系圖,如圖(b)所示。實(shí)驗(yàn)中小車(含發(fā)射器)的質(zhì)量為200 g,實(shí)驗(yàn)時(shí)選擇了不可伸長的輕質(zhì)細(xì)繩和輕定滑輪,小車的加速度由位移傳感器及與之相連的計(jì)算機(jī)得到,回答下列問題:圖(a)圖(b)(1)根據(jù)該同學(xué)的結(jié)果,小車的加速度與鉤碼的質(zhì)量成(填“線性”或“非線性”)關(guān)系。(2)由圖(b)可知,a-m圖線不經(jīng)過原點(diǎn),可能的原因是。(3)若利用本實(shí)驗(yàn)裝置來驗(yàn)證“在小車質(zhì)量不變的情況下,小車的加速度與作用力成正比”的結(jié)論,并直接以鉤碼所受重力mg作為小車受到的合外力,則實(shí)驗(yàn)中應(yīng)采取的改進(jìn)措施是。鉤碼的質(zhì)量應(yīng)滿足的條件是。2.2017北京豐臺(tái)二模,21(2)某物理興趣小組的同學(xué)用圖甲所示裝置來“驗(yàn)證牛頓第二定律”。同學(xué)們?cè)趯?shí)驗(yàn)中都將砂和小桶總重力的大小作為細(xì)線對(duì)小車?yán)Φ拇笮?通過改變小桶中砂的質(zhì)量改變拉力。為使細(xì)線對(duì)小車的拉力等于小車所受的合外力,實(shí)驗(yàn)中需要平衡摩擦力。圖甲下列器材中不必要的是(填字母代號(hào))。 A.低壓交流電源B.停表C.天平(含砝碼)D.刻度尺下列實(shí)驗(yàn)操作中,哪些是正確的(填字母代號(hào))。A.調(diào)節(jié)滑輪的高度,使?fàn)恳≤嚨募?xì)線與長木板保持平行B.每次實(shí)驗(yàn),都要先放開小車,再接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源C.平衡摩擦力時(shí),將懸掛小桶的細(xì)線系在小車上D.平衡摩擦力時(shí),讓小車后面連著已經(jīng)穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的紙帶圖乙是某同學(xué)實(shí)驗(yàn)中獲得的一條紙帶。A、B、C為三個(gè)相鄰的計(jì)數(shù)點(diǎn),若相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)之間的時(shí)間間隔為T,A、B間的距離為x1,A、C間的距離為x2,則小車的加速度a=(用字母表達(dá))。圖乙圖丙是小剛和小芳兩位同學(xué)在保證小車質(zhì)量一定時(shí),分別以砂和小桶的總重力mg為橫坐標(biāo),以小車運(yùn)動(dòng)的加速度a為縱坐標(biāo),利用各自實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作出的a-mg圖像。a.由小剛的圖像可以得到實(shí)驗(yàn)結(jié)論:。b.小芳與小剛的圖像有較大差異,既不過原點(diǎn),又發(fā)生了彎曲,下列原因分析正確的是(填字母代號(hào))。A.圖像不過原點(diǎn),可能是平衡摩擦力時(shí)木板傾角過大B.圖像不過原點(diǎn),可能是平衡摩擦力時(shí)木板傾角過小C.圖像發(fā)生彎曲,可能是砂和小桶的質(zhì)量過大D.圖像發(fā)生彎曲,可能是小車的質(zhì)量過大正確平衡摩擦力后,小組中一位同學(xué)保持砂和小桶總重力mg不變,通過在小車上增加砝碼改變小車質(zhì)量,進(jìn)行實(shí)驗(yàn)并得到實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。處理數(shù)據(jù)時(shí),他以小車和砝碼的總質(zhì)量M為橫坐標(biāo),1a為縱坐標(biāo),作出1a-M關(guān)系圖像,示意圖如圖丁所示,發(fā)現(xiàn)圖線在縱軸上有截距(設(shè)為b)。該同學(xué)進(jìn)行思考后預(yù)測:若將砂和小桶總重力換成另一定值(m+m)g,重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)過程,再作出1a-M圖像。兩次圖像的斜率不同,但截距相同均為b。若牛頓第二定律成立,請(qǐng)通過推導(dǎo)說明該同學(xué)的預(yù)測是正確的。答案精解精析基礎(chǔ)鞏固1.C在該實(shí)驗(yàn)中,鉤碼并不做勻速直線運(yùn)動(dòng),故細(xì)線中的拉力并不等于所懸掛鉤碼的總重力,故A錯(cuò)誤;在一定條件下,利用該方案可以驗(yàn)證“物體質(zhì)量一定時(shí),其加速度與所受的合力成正比”,故B錯(cuò)誤;由于實(shí)驗(yàn)中用鉤碼的重力代替細(xì)線中的拉力,雖然不知鉤碼具體質(zhì)量,但可以通過鉤碼數(shù)量的變化與加速度的關(guān)系,反映合外力與加速度的關(guān)系,故C正確;木板保持水平,則小車所受合力為F合=nmg-Mg=Ma,故a=nmgM-g,可知a與n的關(guān)系依然是線性的,故D錯(cuò)誤。2.B當(dāng)繩B端掛質(zhì)量為m的物體時(shí),它帶動(dòng)M加速向右運(yùn)動(dòng),設(shè)繩的張力為T,由牛頓第二定律得:mg-T=ma1,T=Ma1,+得:mg=(M+m)a1,a1=mgM+m;當(dāng)B端加力F=mg時(shí),F=Ma2,a2=mgM,因此a1a2,B項(xiàng)正確。3.答案(1)D(2)BD(3)s12Ts2-s12T2如圖所示在合外力不變時(shí),物體的加速度與質(zhì)量成反比。解析(1)電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器使用46 V交流電源。(2)用此裝置“研究勻變速直線運(yùn)動(dòng)”時(shí),不用消除小車和木板間的摩擦阻力的影響,但必須調(diào)整滑輪高度使連接小車的細(xì)線與木板平行,保持小車的加速度不變,故A錯(cuò)誤、B正確;在利用該裝置來“探究物體的加速度a與力F的關(guān)系”時(shí),設(shè)小車的質(zhì)量為M,砂和砂桶的總質(zhì)量為m,線的拉力為F,以整體為研究對(duì)象有mg=(m+M)a,解得a=mgM+m,以小車為研究對(duì)象有F=Ma=MmgM+m=mg1+mM,可見當(dāng)Mm時(shí)才有Fmg,故D正確;平衡摩擦力的方法是將木板帶打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的一端適當(dāng)墊高,這樣做的目的是利用小車重力沿木板向下的分力補(bǔ)償小車運(yùn)動(dòng)中所受阻力,即Mg sin =Mg cos ,式子成立與質(zhì)量無關(guān),故改變質(zhì)量后不需重新進(jìn)行平衡,故C錯(cuò)誤。(3)相鄰兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔為T,該同學(xué)用刻度尺測出A、C間的距離為s1,B、D間的距離為s2,則打B點(diǎn)時(shí)小車運(yùn)動(dòng)的速度vB=s12T,由a=sT2可求得加速度a=sBC-sABT2+sCD-sBCT22=s2-s12T2。根據(jù)表中數(shù)據(jù)在坐標(biāo)紙中描點(diǎn)、連線。根據(jù)圖像分析,得到實(shí)驗(yàn)結(jié)論:在合外力不變時(shí),物體的加速度與質(zhì)量成反比。綜合提能1.答案(1)非線性(2)存在摩擦力(3)調(diào)節(jié)軌道的傾斜度以平衡摩擦力遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量解析(1)將圖(b)中各點(diǎn)連線,得到的是一條曲線,故a與m的關(guān)系是非線性的。(2)由圖(b)可知,當(dāng)鉤碼質(zhì)量不為零時(shí),在一定范圍內(nèi)小車加速度仍為零,即細(xì)繩對(duì)小車的拉力大于某一數(shù)值時(shí)小車才產(chǎn)生加速度,故可能的原因是存在摩擦力。(3)若將鉤碼所受重力作為小車所受合力,則應(yīng)滿足三個(gè)條件,一是摩擦力被平衡,二是繩平行于軌道平面,此二者可保證繩對(duì)車的拉力等于車所受合力,設(shè)繩的拉力為T,由mg-T=ma、T=Ma有T=mMM+mg=mg1+mM,可見當(dāng)mM時(shí)才有Tmg,故第三個(gè)條件為mM。2.答案BADx2-2x1T2a.小車質(zhì)量一定時(shí),小車運(yùn)動(dòng)的加速度與合外力成正比b.BC設(shè)小車受到的拉力為F,若牛頓第二定律成立,以小車和砝碼為研究對(duì)象有F=Ma;以砂和小桶為研究對(duì)象有mg-Ma=ma,則mg=(M+m)a,即:1a=1mgM+1g,