高考物理一輪復(fù)習(xí)訓(xùn)練第3章實驗4驗證牛頓第二定律

第三章實驗四知識鞏固練習(xí)1．(2021年德州檢測)如圖所示為“探究加速度與物體受力和質(zhì)量的關(guān)系”實驗裝置圖．圖中A為小車，B為裝有砝碼的托盤，C為一端帶有定滑輪的長木板，小車通過紙帶與電火花計時器相連，計時器接50Hz交流電．小車的質(zhì)量為m1，托盤(及砝碼)的質(zhì)量為m2．(1)下列說法中正確的是________．A．每次改變小車質(zhì)量時，應(yīng)重新平衡摩擦力B．實驗時應(yīng)先釋放小車后接通電源C．本實驗m2應(yīng)遠大于m1D．在用圖像探究加速度與質(zhì)量的關(guān)系時，應(yīng)作a－eq\f(1,m1)圖像(2)實驗時，某同學(xué)因疏忽遺漏了平衡摩擦力這一步驟，他測量得到的a－F圖像如圖所示，可能是圖中的圖線________．(填“甲”“乙”或“丙”)【答案】(1)D(2)丙【解析】(1)平衡摩擦力，假設(shè)木板傾角為θ，則有f＝mgsinθ＝μmgcosθ，m約掉了，故不需要重新平衡摩擦力，A錯誤；實驗時應(yīng)先接通電源后釋放小車，故B錯誤；讓小車的質(zhì)量m1遠大于托盤(及砝碼)的質(zhì)量m2，因為繩子的拉力F＝m1a＝eq\f(m1,m1＋m2)m2g，故應(yīng)該是m2?m1，故C錯誤；F＝m1a，所以a＝eq\f(1,m1)F，當(dāng)F一定時，a與eq\f(1,m1)成正比，故D正確．(2)遺漏了平衡摩擦力這一步驟，就會出現(xiàn)當(dāng)有拉力時物體不動的情況．故圖線為丙．2．(2021屆長春質(zhì)檢)如圖1所示，為“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”實驗裝置及數(shù)字化信息系統(tǒng)，以此獲得了小車加速度a與鉤碼的質(zhì)量及小車和砝碼的質(zhì)量對應(yīng)關(guān)系圖．鉤碼的質(zhì)量為m1，小車和砝碼的質(zhì)量為m2，重力加速度為g．(1)下列說法正確的是______．A．每次在小車上加減砝碼時，應(yīng)重新平衡摩擦力B．實驗時若用打點計時器應(yīng)先釋放小車后接通電源C．本實驗m2應(yīng)遠小于m1D．在用圖像探究加速度與質(zhì)量關(guān)系時，應(yīng)作a－eq\f(1,m2)圖像(2)實驗時，某同學(xué)由于疏忽，遺漏了平衡摩擦力這一步驟，測得F＝m1g，作出a－F圖像，他可能作出圖2中____(填“甲”“乙”或“丙”)圖線．此圖線的AB段明顯偏離直線，造成此誤差的主要原因是______A．小車與軌道之間存在摩擦 B．導(dǎo)軌保持了水平狀態(tài)C．鉤碼的總質(zhì)量太大 D．所用小車的質(zhì)量太大(3)實驗時，某同學(xué)遺漏了平衡摩擦力這一步驟，若軌道水平，他測量得到的eq\f(1,m2)－a圖像為圖3．設(shè)圖中直線的斜率為k，在縱軸上的截距為b，則小車與木板間的動摩擦因數(shù)μ＝________．【答案】(1)D(2)丙C(3)eq\f(b,gk)【解析】(1)平衡摩擦力，假設(shè)木板傾角為θ，則有f＝mgsinθ＝μmgcosθ，約去了m，每次在小車上加減砝碼時，不需要重新平衡摩擦力，故A錯誤．實驗時應(yīng)先接通電源后釋放小車，故B錯誤．讓小車的質(zhì)量m2遠大于鉤碼的質(zhì)量m1，因為實際上繩子的拉力F＝m2a＝eq\f(m1g,1＋\f(m1,m2))，故應(yīng)該是m1?m2，故C錯誤．由牛頓第二定律F＝ma，所以a＝eq\f(F,m)，在用圖像探究小車的加速度與質(zhì)量的關(guān)系時，通常作a－eq\f(1,m2)圖像，故D正確．(2)遺漏了平衡摩擦力這一步驟，就會出現(xiàn)當(dāng)有拉力時物體不動的情況，故可能作出圖2中的丙圖線．此圖線的AB段明顯偏離直線，造成此誤差的主要原因是鉤碼的總質(zhì)量太大，沒有遠小于小車和砝碼的質(zhì)量，故選C．(3)根據(jù)牛頓第二定律可知m1g－μm2g＝m2a，變形eq\f(1,m2)＝eq\f(μ,m1)＋eq\f(1,m1g)a，結(jié)合eq\f(1,m2)－a圖像可得，斜率k＝eq\f(1,m1g)，截距b＝eq\f(μ,m1)，所以小車與木板間的動摩擦因數(shù)為μ＝eq\f(b,gk)．綜合提升練習(xí)3．用圖甲所示裝置探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系．請思考并完成相關(guān)內(nèi)容：(1)實驗時，為了平衡摩擦力，以下操作正確的是________．A．適當(dāng)調(diào)整木板右端的高度，直到連著沙桶的小車被輕推后沿木板做勻速運動B．取下沙桶，適當(dāng)調(diào)整木板右端的高度，直到小車被輕推后沿木板做勻速運動C．取下沙桶，適當(dāng)調(diào)整木板右端的高度，直到小車緩慢沿木板做直線運動(2)圖乙是實驗中得到的一條紙帶，已知相鄰計數(shù)點間還有四個點未畫出，打點計時器所用電源頻率為50Hz，由此可求出小車的加速度a＝________m/s2(計算結(jié)果保留3位有效數(shù)字)．(3)一組同學(xué)在保持木板水平時，研究小車質(zhì)量一定的情況下加速度a與合外力F的關(guān)系，得到如圖丙中①所示的a－F圖線．則小車運動時受到的摩擦力f＝________N；小車質(zhì)量M＝________kg．若該小組正確完成了步驟(1)，得到的a－F圖線應(yīng)該是圖丙中的________(填“②”“③”或“④”)．【答案】(1)B(2)1.60(3)0.100.20②【解析】(1)平衡摩擦力時，取下沙桶，適當(dāng)調(diào)整木板右端的高度，直到小車被輕推后沿木板做勻速運動，故B正確．(2)根據(jù)Δx＝aT2，運用逐差法得，a＝eq\f(x36－x03,9T2)＝eq\f(10.60＋12.22＋13.81－5.79－7.41－9.02,9×0.01)×10－2m/s2≈1.60m/s2．(3)根據(jù)圖①知，當(dāng)F＝0.10N時，小車才開始運動，可知小車運動時受到的摩擦力f＝0.10N，圖線的斜率表示質(zhì)量的倒數(shù)，則M＝eq\f(0.10,0.50)kg＝0.20kg平衡摩擦力后，a與F成正比，圖線的斜率不變，故正確圖線為②．4．如圖甲所示，一端帶有定滑輪的長木板上固定有A、B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．甲(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，操作時必須滿足________________；要使小車所受合外力一定，操作時必須滿足________________________．實驗時，先測出小車質(zhì)量m，再讓小車從靠近光電門B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”的圖像是________．(2)如圖乙所示，抬高長木板的左端，使小車從靠近光電門B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－eq\f(1,t2)的圖像如圖丙所示．乙丙實驗中測得兩光電門的距離L＝0.80m，沙和沙桶的總質(zhì)量m