2018屆高三物理復習跟蹤演練強化提升實驗四驗證牛頓運動定律.docx

實驗四 驗證牛頓運動定律跟蹤演練強化提升【基礎題組】1.如圖所示為“探究加速度與物體受力的關系”的實驗裝置圖。圖中A為小車,質量為m1,連接在小車后面的紙帶穿過電火花打點計時器B,它們均置于水平放置的一端帶有定滑輪的足夠長的木板上,P的質量為m2,C為彈簧測力計,實驗時改變P的質量,讀出測力計不同讀數F,不計繩與滑輪的摩擦。導學號42722072(1)下列說法正確的是()A.一端帶有定滑輪的長木板必須保持水平B.實驗時應先接通電源后釋放小車C.實驗中m2應遠小于m1D.測力計的讀數始終為m2g2(2)如圖為某次實驗得到的紙帶,紙帶上標出了所選的四個計數點之間的距離,相鄰計數點間還有四個點沒有畫出。由此可求得小車的加速度的大小是m/s2(交流電的頻率為50 Hz,結果保留兩位有效數字)。(3)實驗時,某同學由于疏忽,遺漏了平衡摩擦力這一步驟,他測量得到的a -F圖象可能是圖中的圖線()【解析】(1)一端帶有定滑輪的長木板必須稍微傾斜,以平衡摩擦力,選項A錯誤。實驗時應先接通電源后釋放小車,選項B正確。實驗中m2不必遠小于m1,選項C錯誤。由于P向下加速運動,測力計的讀數始終小于,選項D錯誤。(2)由x=aT2解得小車的加速度的大小是0.50m/s2。(3)遺漏了平衡摩擦力這一步驟,他測量得到的a -F圖象,應該是當F從某一值開始增大,加速度a才開始增大,所以可能是圖線C。答案:(1)B(2)0.50(3)C2.(2017保定模擬)某同學利用圖甲所示實驗裝置及數字化信息系統(tǒng)獲得了小車加速度a與鉤碼的質量m的對應關系圖,如圖乙所示。實驗中小車(含發(fā)射器)的質量為200g,實驗時選擇了不可伸長的輕質細繩和輕質定滑輪,小車的加速度由位移傳感器及與之相連的計算機得到。回答下列問題:(1)根據該同學的結果,小車的加速度與鉤碼的質量成(選填“線性”或“非線性”)關系。(2)由圖乙可知,a-m圖線不經過原點,可能的原因是_。(3)若利用本實驗裝置來驗證“在小車質量不變的情況下,小車的加速度與作用力成正比”的結論,并直接以鉤碼所受重力mg作為小車受到的合外力,則實驗中應采取的改進措施是_,鉤碼的質量應滿足的條件是_?！窘馕觥勘绢}考查了驗證牛頓第二定律。(1)根據圖中描出的各點,作出的圖象不是一條直線,即小車的加速度與鉤碼的重力成非線性關系。(2)圖線不過原點,有拉力但沒有加速度,原因是存在摩擦力。(3)平衡摩擦力之后,在滿足鉤碼質量遠小于小車質量的條件下,可以得出小車質量不變情況下加速度與拉力成正比的結論。答案:(1)非線性(2)存在摩擦力(3)調整軌道傾斜度以平衡摩擦力遠小于小車質量3.(1)探究加速度和力的關系的實驗數據描繪出的a-F圖象如圖所示,下列說法正確的是(填正確答案標號)。A.三條傾斜的直線所對應的小車的質量相等B.三條傾斜的直線所對應的小車的質量不同C.直線1所對應的小車的質量最大D.直線3所對應的小車的質量最大(2)由于沒有始終滿足小車的質量M遠大于鉤碼的質量m的關系,結果得到的圖象應是圖中的(填正確答案標號)。【解析】(1)a-F關系圖線的斜率表示質量的倒數,三條圖線的斜率不等,表明三條傾斜的直線所對應的小車的質量不同,直線3的斜率最小,對應的小車的質量最大。(2)a-關系圖線的斜率表示小車受到的外力,當較小時,即M較大,可以認為小車的質量遠大于鉤碼的質量,可認為細線的拉力等于鉤碼的重力,而鉤碼的重力一定,所以圖線的斜率不變,圖線是直線;當較大即M較小時,不再滿足小車的質量遠大于鉤碼的質量,a-關系圖線為向下彎曲的曲線,故A、C錯誤,D正確;在沒有始終滿足小車的質量M遠大于鉤碼的質量m的前提下研究a-F的關系,所畫圖線也應是一條向下彎曲的曲線,故B錯誤。答案:(1)B、D(2)D能力題組4.某同學在做驗證牛頓第二定律的實驗中,實驗裝置如圖所示,打點計時器使用的交流電源的頻率為50Hz,開始實驗時,細線上掛適當的鉤碼,釋放小車后,小車做勻加速運動,與小車相連的紙帶上被打出一系列小點。導學號42722073(1)如圖是實驗中獲取的一條紙帶的一部分,1、2、3、4是計數點,每相鄰兩計數點間還有4個打點,計數點間的距離如圖所示,根據圖中數據計算的加速度a=m/s2(保留兩位有效數字),計數點2對應的速度大小v2=m/s(保留兩位有效數字)。(2)實驗中,該同學測出拉力F(鉤碼重力)和小車質量M,根據a=FM計算出加速度,發(fā)現絕大多數情況下,根據公式計算出的加速度要比利用紙帶測出的加速度大,若該同學實驗操作過程沒有錯誤,試分析其原因。_(至少寫兩點)。(3)另一同學在完成同樣的實驗時,每次實驗在吊掛之處逐次增加一個質量為50 g的鉤碼,利用紙帶測出每次小車的加速度,如果小車質量為100 g,細繩質量可忽略,則下列曲線最適合描述小車加速度隨著吊掛鉤碼個數變化的是()【解析】(1)a=,x=(3.83-3.52)cm=0.31 cmt=5T=s=0.1 s,則a=0.16m/s2v2=m/s=0.36 m/s(2)從小車的受力情況及其合力與F的關系思考,可能存在摩擦阻力或繩的拉力小于鉤碼的重力。(3)根據牛頓第二定律,對鉤碼有:mg-FT=ma,對小車有FT=Ma,則a=,當Mm時,amgN(鉤碼數)。實驗中,隨著鉤碼個數的增多,Mm已不成立,由a=mg可知圖象的斜率隨著m(或N)的增大而減小,選項D正確。答案:(1)0.160.36(2)存在摩擦阻力;繩的拉力小于鉤碼的重力(3)D5.(2016全國卷)某物理課外小組利用圖甲中的裝置探究物體加速度與其所受合外力之間的關系。圖中,置于實驗臺上的長木板水平放置,其右端固定一輕滑輪;輕繩跨過滑輪,一端與放在木板上的小滑車相連,另一端可懸掛鉤碼。本實驗中可用的鉤碼共有N=5個,每個質量均為0.010kg。實驗步驟如下:(1)將5個鉤碼全部放入小車中,在長木板左下方墊上適當厚度的小物塊,使小車(和鉤碼)可以在木板上勻速下滑。(2)將n(依次取n=1,2,3,4,5)個鉤碼掛在輕繩右端,其余N-n個鉤碼仍留在小車內;用手按住小車并使輕繩與木板平行。釋放小車,同時用傳感器記錄小車在時刻t相對于其起始位置的位移s,繪制s-t圖象,經數據處理后可得到相應的加速度a。(3)對應于不同的n的a值見下表。n=2時的s-t圖象如圖乙所示;由圖乙求出此時小車的加速度(保留2位有效數字),將結果填入下表。n12345a/(ms-2)0.200.580.781.00(4)利用表中的數據在圖丙中補齊數據點,并作出a-n圖象。從圖象可以看出:當物體質量一定時,物體的加速度與其所受的合外力成正比。(5)利用a-n圖象求得小車(空載)的質量為kg(保留2位有效數字,重力加速度g取9.8m/s2)。(6)若以“保持木板水平”來代替步驟(1),下列說法正確的是(填入正確選項前的標號)。A.a-n圖線不再是直線B.a-n圖線仍是直線,但該直線不過原點C.a-n圖線仍是直線,但該直線的斜率變大【解析】(3)由于小車做的是勻加速直線運動,由s=at2,將特殊點(2,0.80)代入得a=0.40m/s2。(4)利用描點法可得如圖所示圖線(5)根據牛頓第二定律可得nmg