2025屆高考物理一輪復(fù)習(xí)課時作業(yè)14驗證牛頓運動定律含解析魯科版

PAGEPAGE8課時作業(yè)14試驗：驗證牛頓運動定律時間：45分鐘1．如圖是某同學(xué)用來探究“小車的加速度與外力關(guān)系”的試驗裝置，軌道上的B點固定一光電門，平衡摩擦力后將連接小車的細(xì)線跨過滑輪系住小鉤碼，在A點釋放小車，測出小車上擋光片通過光電門的時間為Δt.(1)若擋光片的寬度為d，擋光片前端距光電門的距離為L，則小車的加速度a＝eq\f(d2,2LΔt2).(2)在該試驗中，下列操作中正確的是(BC)A．要用天平稱量小車質(zhì)量B．每次變更鉤碼，都不須要測量其質(zhì)量(或重力)C．調(diào)整滑輪的高度，使細(xì)線與軌道平行D．每次小車從A點動身允許有不同的初速度解析：(1)依據(jù)勻變速公式，v2＝2aL，其中v＝eq\f(d,Δt)，解得a＝eq\f(d2,2LΔt2).(2)試驗探究“小車的加速度與外力關(guān)系”不須要稱量小車質(zhì)量，A選項錯誤；試驗裝置有拉力傳感器，不須要測量鉤碼質(zhì)量(或重力)，B選項正確；試驗要求拉力為小車所受合力，細(xì)線應(yīng)與軌道平行，C選項正確；每次小車釋放速度應(yīng)當(dāng)為零，D選項錯誤．2．用圖甲所示裝置探究物體的加速度與力的關(guān)系，試驗時保持小車(含車中重物)的質(zhì)量M不變，將細(xì)線下端懸掛鉤碼的總重力作為小車受到的合力F，用打點計時器打出的紙帶計算出小車運動的加速度a.(1)關(guān)于試驗操作，下列說法正確的是A.A．試驗前應(yīng)調(diào)整滑輪高度，使滑輪和小車間的細(xì)線與木板平行B．平衡摩擦力時，在細(xì)線下端懸掛鉤碼，使小車在細(xì)線的拉力作用下能勻速下滑C．每次變更小車所受的拉力后都要重新平衡摩擦力D．試驗時應(yīng)先釋放小車，后接通打點計時器電源(2)圖乙為試驗中打出紙帶的一部分，從比較清楚的點跡起，在紙帶上標(biāo)出連續(xù)的5個計數(shù)點A、B、C、D、E，相鄰兩個計數(shù)點之間都有4個點跡未標(biāo)出，測出各計數(shù)點到A點的距離．已知所用電源的頻率為50Hz，打B點時小車的速度vB＝0.32m/s，小車的加速度a＝0.93m/s(3)變更細(xì)線下端鉤碼的個數(shù)，得到a-F圖象如圖丙所示，造成圖線上端彎曲的緣由可能是隨所掛鉤碼質(zhì)量m的增大，不能滿意M?m.解析：(1)調(diào)整滑輪的高度，使?fàn)恳緣K的細(xì)繩與長木板保持平行，否則拉力不會等于合力，故A正確；在調(diào)整木板傾斜程度以平衡木塊受到的滑動摩擦力時，不應(yīng)懸掛鉤碼，故B錯誤；由于平衡摩擦力之后有Mgsinθ＝μMgcosθ，故tanθ＝μ，所以無論小車的質(zhì)量是否變更，小車所受的摩擦力都等于小車的重力沿斜面的分力，變更小車所受的拉力后，不須要重新平衡摩擦力，故C錯誤；試驗起先時先接通打點計時器的電源待其平穩(wěn)工作后再釋放木塊，而當(dāng)試驗結(jié)束時應(yīng)先限制小車停下再關(guān)閉打點計時器，D錯誤．(2)已知打點計時器電源頻率為50Hz，則紙帶上相鄰計數(shù)點間的時間間隔T＝5×0.02s＝0.10s．依據(jù)Δx＝aT2可得xCE－xAC＝a(2T)2，小車運動的加速度為a＝eq\f(xCE－xAC,4T2)＝0.93m/s2，打B點時小車的速度vB＝eq\f(xAC,2T)＝0.32m/s.(3)隨著力F的增大，即隨所掛鉤碼質(zhì)量m的增大，不能滿意M?m，因此曲線上部出現(xiàn)彎曲．3.為了探究質(zhì)量肯定時加速度與力的關(guān)系．一同學(xué)設(shè)計了如圖甲所示的試驗裝置，其中M為小車的質(zhì)量，m為鉤碼的質(zhì)量．(1)為了保證力傳感器的讀數(shù)為小車所受的合外力，關(guān)于試驗操作須要進行的是AC.A．在未掛鉤碼時，將木板的右端墊高以平衡摩擦力B．在懸掛鉤碼后，將木板的右端墊高以平衡摩擦力C．調(diào)整木板左端定滑輪的高度，使?fàn)恳≤嚨募?xì)繩與木板平面平行D．所掛鉤碼的質(zhì)量盡量小一些(2)如圖乙為某次試驗得到的一段紙帶，計數(shù)點A、B、C、D、E間相鄰兩點的時間間隔為0.1s．由圖中可讀出A、E兩點間的距離為6.50cm.依據(jù)紙帶可求出小車的加速度大小為0.43m/s(3)假如在試驗中，木板保持水平，小車的質(zhì)量M不變，變更鉤碼的質(zhì)量m，重復(fù)進行多次試驗．登記每次力傳感器的示數(shù)F，計算出每次試驗中小車的加速度a，將得到的a、F數(shù)據(jù)繪制成a-F圖象，以下圖象可能的是A.解析：(1)為了保證力傳感器的讀數(shù)為小車所受的合外力，試驗操作須要平衡摩擦力，即在未掛鉤碼時，將木板的右端墊高以平衡摩擦力，選項A正確，B錯誤；同時要調(diào)整木板左端定滑輪的高度，使?fàn)恳≤嚨募?xì)繩與木板平面平行，選項C正確；因有傳感器測量拉力的大小，所以不須要所掛鉤碼的質(zhì)量盡量小，選項D錯誤．(2)由題圖乙中可讀出A、E兩點間的距離為6.50cm.依據(jù)Δx＝aT2，其中T＝0.1s，可求出小車的加速度大小為a＝eq\f(xCE－xAC,2T2)＝0.43m/s2.(3)木板保持水平，則有摩擦力沒有被平衡，依據(jù)牛頓其次定律，有F－f＝Ma，則a＝eq\f(1,M)F－eq\f(f,M)，A正確．4．某試驗小組調(diào)試如圖1所示的裝置打算探究加速度與力的關(guān)系．已知小車的質(zhì)量為M，砝碼及砝碼盤的總質(zhì)量為m，打點計時器所接的溝通電的頻率為50Hz.(1)試驗步驟如下：①按圖1所示，安裝好試驗裝置，其中動滑輪與定滑輪及彈簧測力計相連的細(xì)線豎直；②不掛砝碼和砝碼盤的狀況下，調(diào)整長木板的傾角，輕推小車后，使小車能沿長木板向下勻速運動，其目的是平衡摩擦力；③掛上砝碼盤，接通電源后，再放開小車，打出一條紙帶，由紙帶求出小車的加速度；④變更砝碼盤中砝碼的質(zhì)量，重復(fù)步驟③，求得小車在不同合力作用下的加速度；⑤彈簧測力計的讀數(shù)為F，則小車所受合外力大小為F.(2)試驗過程中，關(guān)于砝碼及砝碼盤的總質(zhì)量m與小車的質(zhì)量M的關(guān)系，下列說法正確的是C.A．M必需遠(yuǎn)大于m B．M必需遠(yuǎn)小于mC．M可以不用遠(yuǎn)大于m D．M必需等于m(3)試驗中打出的一條紙帶如圖2所示，則由該紙帶可求得小車的加速度為0.15m/s2解析：(1)②小車可以沿長木板勻速下滑，說明摩擦力與小車重力沿長木板方向的分力相等；⑤小車已平衡摩擦力，所受細(xì)線拉力即為小車所受合外力，而彈簧測力計干脆測量細(xì)線拉力，故其讀數(shù)F等于小車所受合外力．(2)由(1)的分析可知，彈簧測力計的讀數(shù)即為小車所受合外力，故C正確．(3)依據(jù)公式Δx＝at2可知，(0.0751－0.0721)m＝2a(5T)2，解得a＝0.15m/s25．如圖甲所示，質(zhì)量為m的滑塊A放在氣墊導(dǎo)軌上，B為位移傳感器，它能將滑塊A到傳感器B的距離數(shù)據(jù)實時傳送到計算機上，經(jīng)計算機處理后在屏幕上顯示滑塊A的速率—時間(v-t)圖象．整個裝置置于高度h可調(diào)整的斜面上，斜面長度為l.(1)現(xiàn)給滑塊A沿氣墊導(dǎo)軌向上的初速度，其v-t圖象如圖乙所示．從圖線可得滑塊A上滑時的加速度大小a＝3m/s2(2)若用此裝置來驗證牛頓其次定律，通過變更滑塊的質(zhì)量及斜面的高度，且使mh不變，可驗證力肯定時，加速度與質(zhì)量成反比的關(guān)系；通過變更高度h，可驗證質(zhì)量肯定時，加速度與力成正比的關(guān)系(重力加速度g的值不變)．解析：(1)在v-t圖象中斜率代表加速度，故a＝eq\f(Δv,Δt)＝eq\f(1.5－0,0.5)m/s2＝3m/s2.(2)牛頓其次定律探討的是加速度與合外力、質(zhì)量的關(guān)系．當(dāng)質(zhì)量肯定時，可以變更力的大小，當(dāng)斜面高度不同時，滑塊受到的力不同，可以探究加速度與合外力的關(guān)系．由于滑塊下滑加速的力是由重力沿斜面對下的分力供應(yīng)，所以要保證重力沿斜面對下的分力不變，應(yīng)當(dāng)使mg·eq\f(h,l)不變，所以應(yīng)當(dāng)調(diào)整滑塊的質(zhì)量及斜面的高度，且使mh不變，通過變更高度h，可驗證質(zhì)量肯定時，加速度與力成正比的關(guān)系．6．英國科學(xué)家阿特伍德曾經(jīng)設(shè)計了一個裝置驗證牛頓其次定律，在跨過光滑定滑輪的輕繩兩端懸掛質(zhì)量均為M的物塊，在一物塊上附加另一質(zhì)量為m的物塊，系統(tǒng)無初速度釋放后起先加速運動．附加物塊運動至擋板后自動脫離，此后系統(tǒng)勻速運動，測得此速度即可求出系統(tǒng)加速過程的加速度．如圖a所示，某同學(xué)改進了該裝置，將系統(tǒng)從附加物塊距離擋板高h(yuǎn)處無初速度釋放，附加物塊脫離后，測出物塊下端的遮光片通過光電門的時間t.(1)用游標(biāo)卡尺測量該遮光片的寬度d，如圖b所示，則d＝0.560cm(2)系統(tǒng)加速運動的加速度a＝eq\f(d2,2ht2)(用d、h、t表示)．(3)為了驗證牛頓其次定律，在試驗誤差允許范圍內(nèi)，應(yīng)有如下關(guān)系：mg＝(m＋2M)eq\f(d2,2ht2).(已知重力加速度為g)解析：(1)依據(jù)游標(biāo)卡尺的讀數(shù)規(guī)則，該遮光片的寬度d＝5mm＋12×0.05mm＝5.60mm＝0.560cm.(2)系統(tǒng)從附加物塊距離擋板高h(yuǎn)處無初速度釋放，附加物塊脫離后，測出物塊下端的遮光片通過光電門的時間t，其速度v＝eq\f(d,t).由勻變速直線運動規(guī)律v2＝2ah，解得a＝eq\f(d2,2ht2).(3)對系統(tǒng)，若有mg＝(m＋2M)a，即可驗證牛頓其次定律，則在試驗誤差允許范圍內(nèi)，應(yīng)有mg＝(m＋2M)eq\f(d2,2ht2).7．某同學(xué)利用圖(a)所示的裝置測定滑塊與桌面間的動摩擦因數(shù)．試驗中，鉤碼通過輕繩拉著滑塊在水平桌面上做直線運動，鉤碼著地后滑塊接著運動，打點計時器在紙帶上打下一系列的點．取鉤碼著地后滑塊接著運動過程中對應(yīng)的一段紙帶，用刻度尺測出紙帶上部分相鄰計時點的間距如圖(b)．已知打點計時器所接溝通電源的頻率為50Hz，當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣葹?.80m/s2.回答下列問題：(1)打點時紙帶的B(選填“A”或“B”)端靠近滑塊．(2)滑塊與桌面間的動摩擦因數(shù)為0.255.(結(jié)果保留3位有效數(shù)字)(3)由試驗測定的動摩擦因數(shù)大于(選填“大于”“等于”或“小于”)真實值．解析：(1)滑塊先做勻加速運動，在鉤碼著地后做勻減速運動，在勻減速運動過程中，相同時間內(nèi)兩點間距離越來越小，故B端靠近滑塊．(2)利用逐差法計算：a＝eq\f(1.30＋1.41×10－2－1.10＋1.21×10－2,2×2×0.022)m/s2＝2.50m/s2，鉤碼著地后滑塊主要受滑動摩擦力而減速，由牛頓其次定律得μmg＝ma，故滑塊與桌面間的動摩擦因數(shù)為μ＝eq\f(a,g)＝eq\f(2.50,9.80)＝0.255.(3)滑塊做勻減速運動時，除了受到桌面的摩擦力外，還受到紙帶的阻力f紙，由μ真mg＋f紙＝ma知，μ>μ真，即測定的動摩擦因數(shù)大于真實值．8.某同學(xué)利用如圖所示的試驗裝置來測量重力加速度g.細(xì)繩跨過固定在鐵架臺上的輕質(zhì)滑輪，兩端各懸掛一只質(zhì)量為M的重錘．試驗操作如下：①用米尺量出重錘1底端距地面的高度H；②在重錘1上加上質(zhì)量為m的小鉤碼；③左手將重錘2壓在地面上，保持系統(tǒng)靜止．釋放重錘2，同時右手開啟秒表，在重錘1落地時停止計時，記錄下落時間；④重復(fù)測量3次下落時間，取其平均值作為測量值t.請回答下列問題：(1)步驟④可以減小對下落時間t測量的偶然(選填“偶然”或“系統(tǒng)”)誤差．(2)試驗要求小鉤碼的質(zhì)量m要比重錘的質(zhì)量M小許多，主要是為了B.A．使H測得更精確B．使重錘1下落的時間長一些C．使系統(tǒng)的總質(zhì)量近似等于2D．使細(xì)繩的拉力與小鉤碼的重力近似相等(3)滑輪的摩擦阻力會引起試驗誤差．現(xiàn)供應(yīng)一些橡皮泥用于減小該誤差，可以怎么做？在重錘1上粘上橡皮泥，調(diào)整橡皮泥質(zhì)量直至輕拉重錘1能視察到其勻速下落．(4)運用橡皮泥改進試驗后，重新進行試驗測量，并測出所用橡皮泥的質(zhì)量為m0.用試驗中的測量量和已知量表示g，得g＝eq\f(22M＋m＋m0H,mt2).解析：(1)對同一物理量多次測量取平均值的目的是減小偶然誤差．(2)設(shè)系統(tǒng)運動的加速度為a，則依據(jù)牛頓