2019_2020學(xué)年高中物理第四章牛頓運動定律專題強化實驗驗證牛頓第二定律學(xué)案新人教版必修1

1、專題強化實驗：驗證牛頓第二定律1在做“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”的實驗中，保持小車和砝碼的總質(zhì)量不變，測得小車的加速度a和拉力F的數(shù)據(jù)如表所示.F/Na/(ms2)0.200.110.300.190.400.290.500.400.600.51(1)根據(jù)表中的數(shù)據(jù)在圖1所示的坐標(biāo)系中作出aF圖象圖1(2)圖象斜率的物理意義是_(3)小車和砝碼的總質(zhì)量為_kg.(4)圖線(或延長線)在F軸上的截距的物理意義是_答案(1)見解析圖(2)小車和砝碼總質(zhì)量的倒數(shù)(3)1(4)小車受到的阻力為0.1N解析(1)根據(jù)所給數(shù)據(jù)在所給坐標(biāo)系中準(zhǔn)確描點，作出的aF圖象如圖所示1aMF(2)根據(jù)(1)中圖象可以

2、判斷圖象斜率表示小車和砝碼總質(zhì)量的倒數(shù)(3)由(1)中圖象可得，解得M1kg.(4)由aF圖象可知，當(dāng)力F0.1N時，小車開始運動，說明小車受到的阻力為0.1N.2.某實驗小組欲以如圖2所示實驗裝置“探究加速度與物體受力和質(zhì)量的關(guān)系”圖中A為小車，B為裝有砝碼的小盤，C為一端帶有定滑輪的長木板，小車通過紙帶與電磁打點計時器(未畫出)相連，小車的質(zhì)量為m1，小盤(及砝碼)的質(zhì)量為m2.圖2(1)下列說法正確的是_A實驗時先放開小車，再啟動計時器B每次改變小車質(zhì)量時，應(yīng)重新平衡摩擦力C本實驗中應(yīng)滿足m2遠(yuǎn)小于m1的條件D在用圖象探究小車加速度與受力的關(guān)系時，應(yīng)作am1圖象(2)實驗中，得到一條打點

3、的紙帶，如圖3所示，已知相鄰計數(shù)點間的時間間隔為T，且間距xxxxxx1、2、3、4、5、6已量出，則打點計時器打下F點時小車的瞬時速度的計算式為vF_，小車加速度的計算式a_.圖3(3)某同學(xué)平衡好摩擦阻力后，在保持小車質(zhì)量不變的情況下，通過多次改變砝碼重力，作出小車加速度a與砝碼重力F的關(guān)系圖象如圖4所示若牛頓第二定律成立，重力加速度g10m/s2，則小車的質(zhì)量為_kg，小盤的質(zhì)量為_kg.圖4(4)實際上，在砝碼的重力越來越大時，小車的加速度不能無限制地增大，將趨近于某一極限值，此極限值為_m/s2.x5x6x4x5x6x3x2x12T9T2答案(1)C(2)(3)2.00.06(4)1

4、0 x5x6(2)中間時刻的速度等于整段位移的平均速度，故vFvEG2Tx4x5x6x3x2x19T2解析(1)實驗時應(yīng)先啟動計時器，再放開小車，A項錯；每次改變小車質(zhì)量時，不用重新平衡摩擦力，B項錯；實驗要求m2m1，C項對；D項中應(yīng)作am2或aF圖象，D錯，由逐差法知a.m1m1m0g，所以m00.06kg.m1m1mm0gmm0m1F1(3)由題圖aF圖線可知：a0.3，即圖線的斜率k，可求解得m12.0kg.當(dāng)F0F時，a0.3m/s2，此時a0(4)當(dāng)砝碼重力越來越大時，a，即m無限大時，a趨向于g.3某同學(xué)設(shè)計了如下實驗方案用來“驗證牛頓第二定律”：如圖5甲所示，將木板有定滑輪的一

5、端墊起，將滑塊通過細(xì)繩與帶夾子的重錘相連，然后跨過定滑輪，重錘下夾一紙帶，穿過打點計時器調(diào)整木板傾角，直到向下輕推滑塊后，滑塊沿木板勻速運動如圖乙所示，保持長木板的傾角不變，將打點計時器安裝在長木板上靠近定滑輪處，取下細(xì)繩和重錘，將滑塊與紙帶相連，使紙帶穿過打點計時器，然后接通電源釋放滑塊，使滑塊由靜止開始加速運動打點計時器使用的交流電的頻率為50Hz，打出的紙帶如圖丙所示，A、B、C、D、E是紙帶上的五個計數(shù)點圖5(1)圖乙中滑塊下滑的加速度為_m/s2.(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)(2)若重錘質(zhì)量為m，滑塊質(zhì)量為M，重力加速度為g，則滑塊加速下滑時受到的合力大小為_(3)某同學(xué)在保持滑塊質(zhì)量不

6、變的情況下，通過多次改變滑塊所受合力F，由實驗數(shù)據(jù)作出的aF圖象如圖6所示，則滑塊的質(zhì)量為_kg.(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)圖6答案(1)3.9(2)mg(3)1.0(0.91.1均可)xxDExABxBC42T2(3)aF圖線的斜率表示質(zhì)量的倒數(shù)，可得到滑塊的質(zhì)量約為1.0kg.解析(1)充分利用紙帶中數(shù)據(jù)，用逐差法得到aCD3.9m/s2.(2)滑塊通過細(xì)繩與帶夾子的重錘相連，滑塊勻速下滑，說明滑塊重力沿斜面向下的分力和摩擦力之差大小等于重錘的重力大小，取下細(xì)繩和重錘，滑塊加速下滑受到的合力大小為mg.1M4某實驗小組設(shè)計了如圖7甲所示的實驗裝置“研究加速度和力的關(guān)系”實驗裝置主要部件為位移

7、傳感器的發(fā)射器和接收器，分別固定在軌道右端和小車上；通過傳感器測定兩者間位移變化，從而測出小車的加速度(2)由牛頓第二定律可得：amg，又Fmg，故aF，可見aF圖線的斜率k，圖7(1)在該實驗中采用的方法是_保持小車的總質(zhì)量不變，用鉤碼所受的重力作為小車所受拉力，用傳感器測小車的加速度通過改變鉤碼的數(shù)量，多次重復(fù)測量，可得小車運動的加速度a和所受拉力F的關(guān)系圖象該實驗小組在軌道水平和傾斜的兩種情況下分別做了實驗，得到了兩條aF圖線，如圖乙所示，可知在軌道右側(cè)抬高成為斜面情況下得到的圖線是_(選填“”或“”)(2)隨著鉤碼的數(shù)量逐漸增多，圖乙中的圖線明顯偏離直線，造成此誤差的主要原因是_A小車

8、與軌道之間存在摩擦B導(dǎo)軌保持了水平狀態(tài)C所掛鉤碼的總質(zhì)量太大D所用小車的質(zhì)量太大答案(1)控制變量法(2)C解析(1)在研究加速度與力的關(guān)系時，要控制小車的質(zhì)量不變，所以采用的方法是控制變量法，題圖乙中圖線與a軸正半軸有交點，表明拉力F為零時，小車具有沿軌道向下的加速度，一定是軌道右側(cè)抬高為斜面的情況下得到的11MmMmMm當(dāng)Mm時，斜率幾乎不隨m改變，但當(dāng)所掛鉤碼的總質(zhì)量太大時，圖線斜率k將隨m的增大而減小，因此圖線發(fā)生彎曲，故C正確5某實驗小組利用如圖8所示的裝置“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”圖8(1)下列做法正確的是_(填字母代號)A調(diào)節(jié)滑輪的高度，使?fàn)恳緣K的細(xì)繩與長木板保持平行B在調(diào)

9、節(jié)木板傾斜度平衡木塊受到的滑動摩擦力時，將裝有砝碼的砝碼桶通過定滑輪拴在木塊上C實驗時，先放開木塊再啟動計時器D通過增減木塊上的砝碼改變質(zhì)量時，不需要重新調(diào)節(jié)木板傾斜度應(yīng)(2)為使砝碼桶及桶內(nèi)砝碼的總重力在數(shù)值上近似等于木塊運動時受到的拉力，滿足的條件是砝碼桶及桶內(nèi)砝碼的總質(zhì)量_木塊和木塊上砝碼的總質(zhì)量選填“遠(yuǎn)大于”“遠(yuǎn)小于”或“近似等于”)圖9(3)甲、乙兩同學(xué)在同一實驗室，各取一套如圖所示的裝置放在水平桌面上，木塊上均不放砝碼，在沒有平衡摩擦力的情況下，研究加速度a與拉力F的關(guān)系，分別得到如圖9所示甲、乙兩條直線設(shè)甲、乙用的木塊質(zhì)量分別為m甲、m乙，甲、乙用的木塊與木板間的動摩擦因數(shù)分別為

10、、甲乙，由圖可知，m甲_m乙，甲_乙(選填“大于”“小于”或“等于”)答案(1)AD(2)遠(yuǎn)小于(3)小于大于解析(1)在“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”的實驗中，平衡摩擦力時木塊不通過定滑輪掛砝碼桶，而要連上紙帶，并且改變質(zhì)量時不需要重新平衡摩擦力；在實驗時應(yīng)先啟動計時器再放開木塊，故選項A、D正確，B、C錯誤(2)設(shè)木塊和木塊上砝碼總質(zhì)量為M、砝碼桶及桶內(nèi)的砝碼總質(zhì)量為m，以前者為研究對象，則mg(Mm)a以后者為研究對象則mgFTma即aFg.m2g聯(lián)立解得：FTmgMmm2g要使FT近似等于mg，需使Mm近似等于零，即Mm(3)對質(zhì)量為m的木塊由牛頓第二定律得：Fmgma1m上式與題圖結(jié)

11、合可知：1，即m甲m乙，甲1m甲m乙乙甲g乙g.6圖10甲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”的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(xiāng)48.0cm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10(1)實驗主要步驟如下：將拉力傳感器固定在小車上；平衡摩擦力，讓小車做_運動；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；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)線的拉力F的大小及小車分別到達(dá)A、B時的速率vA、vB；改變所掛鉤碼的數(shù)量，重復(fù)的操作(2)下表中記錄了實驗測得的幾組數(shù)據(jù)，vB2vA2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(結(jié)果保留三位有效數(shù)字).序號12345F/N0.601.041.422.623.00vB2vA2/(m2s2)0.771.612.314.655.49a/(ms2)0.801.68_4.845.72vB2vA22lvB2vA2(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.第3次實驗時，a2.41m/s2.(3)根據(jù)表中數(shù)據(jù)，在圖乙中的坐標(biāo)紙上作出aF關(guān)系圖線(4)對比實驗結(jié)果與理論計算得到的關(guān)系圖線(圖