2024高考物理一輪復(fù)習實驗四驗證牛頓運動定律高效演練含解析

PAGE8-試驗四驗證牛頓運動定律1.某同學(xué)利用如圖裝置探究加速度與合外力的關(guān)系。利用力傳感器測量細線上的拉力。依據(jù)如下步驟操作:①安裝好打點計時器和紙帶,調(diào)整木板的傾斜程度,平衡小車摩擦力;②細線通過木板一端光滑的定滑輪和動滑輪,與力傳感器相連,動滑輪上掛上肯定質(zhì)量的鉤碼,將小車拉到靠近打點計時器的一端;③打開力傳感器并接通打點計時器的電源(頻率為50Hz的溝通電源);④釋放小車,使小車在木板上做勻加速直線運動;⑤關(guān)閉傳感器,記錄下力傳感器的示數(shù)F。通過分析紙帶得到小車加速度a;⑥變更鉤碼的質(zhì)量,更換紙帶,重復(fù)步驟②③④⑤;⑦作出a-F圖象,得到試驗結(jié)論。(1)本試驗在操作中是否要滿意鉤碼的質(zhì)量遠遠小于小車的質(zhì)量?__________(選填“須要”或“不須要”);某次釋放小車后,力傳感器示數(shù)為F,通過天平測得小車的質(zhì)量為M,動滑輪和鉤碼的總質(zhì)量為m,不計滑輪的摩擦,則小車的加速度理論上應(yīng)等于____________。

A.a=F2MB.aC.a=mg-2FM (2)如圖是某次試驗測得的紙帶的一段,可以推斷紙帶的________(選填“左”或“右”)端與小車連接,在打點計時器打下計時點6時,鉤碼的瞬時速度大小為______m/s。(保留兩位有效數(shù)字)

【解析】(1)本試驗利用力傳感器測量細線上的拉力,不須要用鉤碼的重力代替,所以不須要滿意鉤碼的質(zhì)量遠遠小于小車的質(zhì)量,依據(jù)牛頓其次定律得:a=FM,故B(2)紙帶右側(cè)兩點間的距離越來越大,故左端與小車相連,瞬時速度為點5到7的平均速度,故v=0.030答案:(1)不須要B(2)左0.75【加固訓(xùn)練】兩試驗小組分別做“探究加速度和力、質(zhì)量的關(guān)系”試驗。(1)A組用如圖甲所示裝置做試驗,圖中帶滑輪的長木板放置于水平桌面上,拉力傳感器可干脆顯示所受拉力的大小。做試驗時,下列操作必要且正確的是__________。

A.將長木板右端適當墊高,使小車能自由勻速下滑B.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,同時記錄傳感器的示數(shù)C.為了減小誤差,試驗中肯定要保證砂和砂桶的質(zhì)量遠小于小車的質(zhì)量D.用天平測出砂和砂桶的質(zhì)量(2)B組用如圖乙所示的試驗裝置來做試驗。①在正確、規(guī)范的操作中,打出一條如圖丙所示的紙帶,每兩個計數(shù)點之間還有四個計時點沒有畫出來,紙帶上的數(shù)字為相鄰兩個計數(shù)點間的距離,打點計時器的頻率為50Hz。打第4個計數(shù)點時小車的速度v4=__________m/s;小車做勻加速直線運動的加速度a=__________m/s2。(保留三位有效數(shù)字)

②平衡了摩擦力后,在小車質(zhì)量M保持不變的狀況下,不斷往砂桶里加砂,直到砂的質(zhì)量最終達到13M。測出每次加砂后,砂和砂桶的總重力F和小車的加速度a,作a-F的圖象。下列圖線正確的是__________?！窘馕觥?1)試驗前要平衡摩擦力,將長木板右端適當墊高,使小車能自由勻速下滑,選項A正確;為有效利用紙帶,小車應(yīng)靠近打點計時器,先接通電源,再釋放小車,打出一條紙帶,同時記錄傳感器的示數(shù),選項B正確;繩子的拉力可以由拉力傳感器讀出,試驗中不須要保證砂和砂桶的質(zhì)量遠小于小車的質(zhì)量,不須要用天平測出砂和砂桶的質(zhì)量,選項C、D錯誤。(2)①每兩個計數(shù)點之間還有四個計時點沒有畫出來,因此相鄰兩計數(shù)點間的時間間隔為T=0.1s,打計數(shù)點4時小車的瞬時速度等于計數(shù)點3～5間的平均速度,則有:v4=0.111+0.依據(jù)Δx=aT2,解得a=0.111+0.131+0.151-②平衡了摩擦力后,對小車有:T=Ma,對砂和砂桶有:mg-T=ma,聯(lián)立可得:a=mgM若滿意m?M,則有a=mgM=F即a-F的圖象為直線,當砂和砂桶的質(zhì)量較大時,不再滿意m?M這一條件,此狀況下按相同方式描點的圖象遵循a=FM+m規(guī)律,隨著砂的質(zhì)量的增加,a-F的圖象的斜率為k答案:(1)A、B(2)①1.212.02②C2.某同學(xué)設(shè)計了一個如圖甲所示的裝置來測定滑塊與水平木板間的動摩擦因數(shù),其中A為滑塊,B和C是鉤碼,個數(shù)可調(diào)。A的左端與穿過打點計時器的紙帶相連(未畫出),通過打點計時器打出的紙帶測出系統(tǒng)的加速度。試驗中該同學(xué)在鉤碼總質(zhì)量(m+m′=m0)保持不變的條件下,多次變更B和C的個數(shù),重復(fù)測量。不計細線和滑輪的質(zhì)量及它們之間的摩擦。(1)試驗中除電磁打點計時器、紙帶、若干個質(zhì)量均為50g的鉤碼、滑塊、一端帶有定滑輪的長木板、細線外,為了完成本試驗,還應(yīng)有 (A.秒表 B.毫米刻度尺C.天平 D.低壓溝通電源(2)試驗中該同學(xué)得到一條較為志向的紙帶,如圖乙所示?，F(xiàn)從清楚的O點起先,每隔4個點取一計數(shù)點(中間4個點沒畫出),分別記為A、B、C、D、E、F。測得各計數(shù)點到O點的距離分別為OA=1.61cm,OB=4.0211.30cm,OE=16.14cm,OF=21.80cm,打點計時器打點頻率為50Hz。由此紙帶可得到打E點時滑塊的速度v=(3)在試驗數(shù)據(jù)處理中,該同學(xué)以m為橫軸,以系統(tǒng)的加速度a為縱軸,繪制了如圖丙所示的圖線,結(jié)合本試驗可知滑塊與木板間的動摩擦因數(shù)為μ=__________。(g取10m/s【解析】(1)打點計時器通過打點可記錄紙帶運動的時間,則不須要秒表,A錯誤;試驗須要測量兩點之間的距離,因此須要毫米刻度尺,B正確;本試驗中可以不測滑塊的質(zhì)量,而且鉤碼的質(zhì)量已知,因此天平可以不選,C錯誤;電磁打點計時器要用到低壓溝通電源,D正確;(2)每隔4個點取一計數(shù)點,相鄰計數(shù)點之間的時間間隔為0.1s,故用平均速度等于中間時刻的瞬時速度可得v=xOF-xOD2T=21.由Δx=at2,可得a=Δxt2=xCF-(3)對A、B、C組成的系統(tǒng)應(yīng)用牛頓其次定律可得a=mg-μ(M+m')gM+m0=(1+μ-3.0m/s2,得μ=0答案:(1)B、D(2)0.530.81(3)0.33.(2024·西安模擬)如圖所示是某同學(xué)探究加速度與力的關(guān)系的試驗裝置。他在氣墊導(dǎo)軌上安裝了一個光電門B,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,傳感器下方懸掛鉤碼,每次滑塊都從A處由靜止釋放。已知遮光條的寬度d=2.(1)下列不必要的一項試驗要求是__________。(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大些B.應(yīng)將氣墊導(dǎo)軌調(diào)整水平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(2)試驗時,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,還須要測量的物理量是____________。(寫出物理量名稱及表示符號)

(3)變更鉤碼質(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,通過描點作出線性圖象,探討滑塊的加速度與力的關(guān)系,處理數(shù)據(jù)時應(yīng)作出________圖象。

【解析】(1)應(yīng)使A位置與光電門間的距離適當大些,有利于減小誤差,故A是必要的;應(yīng)將氣墊導(dǎo)軌調(diào)整水平,使拉力等于合力,故B是必要的;要保持細線方向與氣墊導(dǎo)軌平行,故C是必要的;拉力是干脆通過力傳感器測量的,故與滑塊質(zhì)量和鉤碼質(zhì)量大小無關(guān),故D是不必要的;(2)依據(jù)勻變速直線運動的位移速度公式得v2=2aL,又因為v=dt,解得a=d故要測加速度還須要測出A位置到光電門的距離L;(3)依據(jù)牛頓其次定律得:a=FM解得:F=Md22所以處理數(shù)據(jù)時應(yīng)作出F-1t答案:(1)D(2)A位置到光電門的距離L(3)F-14.利用圖甲中的裝置可測量滑塊與斜面間的動摩擦因數(shù)。在斜面底端O處固定一光電門,當帶有遮光片的滑塊自斜面上的P點從靜止滑下,通過光電門時,與光電門相連的計時器顯示遮光片通過光電門的時間為Δt。測得P、O間的距離為x。已知遮光片的寬度為d。完成下列填空:(1)P、O間的距離x、滑塊加速度的大小a、滑塊經(jīng)過光電門的時間Δt、遮光片的寬度d四個物理量間滿意的關(guān)系式是______。

(2)用游標卡尺測量遮光片的寬度如圖乙所示,則d=________。

(3)多次變更滑塊從斜面上起先下滑的位置,每次都讓滑塊由靜止滑下,用米尺分別測出下滑點與O點間的距離s,登記相應(yīng)的遮光片通過光電門的時間Δt,利用所得數(shù)據(jù)作出(dΔt)2-①由圖線可得滑塊加速度的大小為__________;

②測得斜面的高度h=60.00cm、斜面的長度L=100.00cm,g取9.【解析】(1)滑塊經(jīng)過光電門時的速度大小v=dΔ依據(jù)運動學(xué)公式有(dΔt)2=2(2)游標卡尺的讀數(shù)為5mm+0×0.05mm=0.500cm。(3)①依據(jù)公式(dΔt)2=2及作出的圖線可知,斜率k=2a則a=k2=12×7.841.00②對滑塊進行受力分析結(jié)合牛頓其次定律可得mghL-μmgL2-h2L=答案:(1)(dΔt)2=2ax(3)①3.92m/s2②05.某試驗小組利用拉力傳感器和打點計時器“探究加速度與力的關(guān)系”。他們將拉力傳感器固定在小車上記錄小車受到拉力的大小,依據(jù)甲圖進行試驗,釋放紙帶時,小車處于甲圖所示的位置。(1)指出甲圖中的一處錯誤:__________________________。

(2)下列說法正確的是 ()A.試驗之前,要先平衡摩擦力B.小車的質(zhì)量要遠小于所掛鉤碼的質(zhì)量C.應(yīng)調(diào)整滑輪的高度使細線與木板平行D.試驗時應(yīng)先釋放紙帶,再接通電源(3)圖乙是試驗中獲得的一條紙帶的某部分,選取A、B、C、D、E計數(shù)點(每兩個計數(shù)點間還有4個點未畫出),AC間的距離為______。

(4)若打點計時器運用的溝通電頻率為50Hz,則小車的加速度大小為______________m/s2。(保留兩位有效數(shù)字)

【解析】(1)打點計時器的電源應(yīng)接溝通電,而圖中接了直流電;小車釋放時未靠近打點計時器;試驗前未平衡摩擦力。(2)為使合力等于繩子的拉力,試驗前須要平衡摩擦力且應(yīng)調(diào)整滑