（福建專）高考物理一輪復(fù)習(xí) 第五課時實驗驗證牛頓運動定律課時訓(xùn)練

第課時實驗:驗證牛頓運動定律【測控導(dǎo)航】知識點題號1.實驗原理、注意事項、器材、步驟12.實驗數(shù)據(jù)處理與誤差分析2、43.實驗創(chuàng)新3、51.關(guān)于“驗證牛頓第二定律”實驗中驗證“作用力一定時,加速度與質(zhì)量成反比”的實驗過程,以下做法中正確的是B.(填選項前的字母)

A.平衡摩擦力時,應(yīng)將裝沙的小桶用細繩通過定滑輪系在小車上B.每次改變小車的質(zhì)量時,不需要重新平衡摩擦力C.實驗時,先放開小車,再接通電源D.可以利用天平測出沙桶和沙的質(zhì)量m和小車的質(zhì)量M,直接用公式a=mgM解析:平衡摩擦力時,使小車的重力沿斜面向下的分力與小車運動所受摩擦力平衡,所以不能將小桶系在小車上,A錯誤.平衡摩擦力后,小車和板間的動摩擦因數(shù)μ=tanα,與小車的質(zhì)量無關(guān),所以改變小車的質(zhì)量時,不需要重新平衡摩擦力,B正確.實驗時,應(yīng)先接通電源,待打點穩(wěn)定后,放開小車,C錯誤.本實驗是探究作用力一定時,加速度與質(zhì)量成反比,不能直接用公式a=mgM2.(年大綱全國卷節(jié)選)圖(甲)為驗證牛頓第二定律的實驗裝置示意圖.圖中打點計時器的電源為50Hz的交流電源,打點的時間間隔用Δt表示.在小車質(zhì)量未知的情況下,某同學(xué)設(shè)計了一種方法用來探究“在外力一定的條件下,物體的加速度與其質(zhì)量間的關(guān)系”.(1)完成下列實驗步驟中的填空:①平衡小車所受的阻力:小吊盤中不放物塊,調(diào)整木板右端的高度,用手輕撥小車,直到打點計時器打出一系列的點.

②按住小車,在小吊盤中放入適當質(zhì)量的物塊,在小車中放入砝碼.③打開打點計時器電源,釋放小車,獲得帶有點列的紙帶,在紙帶上標出小車中砝碼的質(zhì)量m.④按住小車,改變小車中砝碼的質(zhì)量,重復(fù)步驟③.⑤在每條紙帶上清晰的部分,每5個間隔標注一個計數(shù)點.測量相鄰計數(shù)點的間距s1、s2、…求出與不同m相對應(yīng)的加速度a.⑥以砝碼的質(zhì)量m為橫坐標,1a為縱坐標,在坐標紙上作出1am關(guān)系圖線.若加速度與小車和砝碼的總質(zhì)量成反比,則1a與m應(yīng)成關(guān)系(填“線性”或“非線性”).(2)圖(乙)為所得實驗圖線的示意圖.設(shè)圖中直線的斜率為k,在縱軸上的截距為b,若牛頓定律成立,則小車受到的拉力為,小車的質(zhì)量為.

解析:(1)平衡阻力的過程要求給定小車一個速度后,小車做勻速直線運動,所以直到打點計時器打出一系列間距相等的點,則表明小車做勻速直線運動.若加速度與小車和砝碼的總質(zhì)量成反比,則1a(2)若牛頓定律成立則應(yīng)滿足F=(M+m)a,可知1a=1Fm+1FM,由題可知:k=1F則小車受到的拉力F=1k,得小車的質(zhì)量M=b答案:(1)①間距相等⑥線性(2)1k3.某同學(xué)為驗證牛頓第二定律中“力與加速度”的關(guān)系,采用光電門系統(tǒng)來代替位移和時間測量工具,實驗裝置如圖所示.光滑導(dǎo)軌水平放置,細線繞過可轉(zhuǎn)動的圓形光柵連接小車與重物(重物質(zhì)量遠小于小車質(zhì)量),擋板可以在小車到達的時候使小車停下并粘住.光電門在每次有紅外線通過光柵時會記下1次信號,如圖所示,圓形光柵每轉(zhuǎn)過1圈將會記下10次信號.不計一切摩擦,每次都將小車靜止釋放,在小車停止后,記下重物質(zhì)量m、信號次數(shù)n、小車運動時間t.(1)小車經(jīng)過的位移s與光電門記下的信號次數(shù)n的關(guān)系應(yīng)是.

A.s∝n B.s∝1C.s∝n2 D.s∝1(2)若實驗后得到了下表所示的數(shù)據(jù),試分析,運動時間t3應(yīng)約為.

重物質(zhì)量m信號次數(shù)n運動時間t(s)m0402.002m0601.733m070t3解析:(1)小車經(jīng)過的位移大小等于相同時間里圓形光柵轉(zhuǎn)動通過的弧長,設(shè)相鄰兩光柵的距離為L,由關(guān)系可得:s=nL,A正確.(2)重物質(zhì)量遠小于小車質(zhì)量,可近似認為細線拉力F等于重物重量,設(shè)小車質(zhì)量為M,可得:F=mg,s=12at2聯(lián)立可得:t2∝nm由表格數(shù)據(jù)可得t3應(yīng)約為1.53(或73答案:(1)A(2)1.53(或734.(福建師大附中模擬)如圖所示為“用DIS(位移傳感器、數(shù)據(jù)采集器、計算機)研究加速度和力的關(guān)系”的實驗裝置.(1)在該實驗中必須采用控制變量法,應(yīng)保持不變,用鉤碼所受的重力作為,用DIS測小車的加速度.

(2)改變所掛鉤碼的數(shù)量,多次重復(fù)測量.在某次實驗中根據(jù)測得的多組數(shù)據(jù)可畫出aF關(guān)系圖線(如圖所示).①分析此圖線的OA段可得出的實驗結(jié)論是

.

②此圖線的AB段明顯偏離直線,造成此誤差的主要原因是.(填選項前字母)

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.所掛鉤碼的總質(zhì)量太大D.所用小車的質(zhì)量太大解析:(1)在研究加速度與力的關(guān)系時必須保持小車質(zhì)量不變,才能找出二者的關(guān)系.(2)①OA段在實驗的允許范圍內(nèi),圖線是一條直線,因此可得出a與F成正比的關(guān)系.②由實驗的原理a=m鉤gM車+m鉤=答案:(1)小車的總質(zhì)量(或小車的質(zhì)量)小車所受外力(2)①在質(zhì)量不變的條件下,加速度與合力成正比②C5.某同學(xué)設(shè)計了如圖所示的裝置來探究加速度與力的關(guān)系.彈簧秤固定在一合適的木板上,桌面的右邊緣固定一支表面光滑的鉛筆以代替定滑輪,細繩的兩端分別與彈簧秤的掛鉤和礦泉水瓶連接.在桌面上畫出兩條平行線MN、PQ,并測出間距d.開始時將木板置于MN處,現(xiàn)緩慢向瓶中加水,直到木板剛剛開始運動為止,記下彈簧秤的示數(shù)F0,以此表示滑動摩擦力的大小.再將木板放回原處并按住,繼續(xù)向瓶中加水后,記下彈簧秤的示數(shù)F1,然后釋放木板,并用秒表記下木板運動到PQ處的時間t.(1)木板的加速度可以用d、t表示為a=;為了減小測量加速度的偶然誤差可以采用的方法是(一種即可).

(2)改變瓶中水的質(zhì)量重復(fù)實驗,確定加速度a與彈簧秤示數(shù)F1的關(guān)系.下列圖象能表示該同學(xué)實驗結(jié)果的是.(填選項前的字母)

(3)用加水的方法改變拉力的大小與掛鉤碼的方法相比,它的優(yōu)點是.(填選項前的字母)

①可以改變滑動摩擦力的大?、诳梢愿奖愕孬@取多組實驗數(shù)據(jù)③可以比較精確地測出摩擦力的大?、芸梢垣@得更大的加速度以提高實驗精度A.①② B.②③C.①③ D.②④解析:(1)由d=12at2,得a=2dt2;為了減小測量誤差,注意細線與桌面保持平行(或保持F1不變,重復(fù)實驗多次測量d、t,取平均值).(2)設(shè)木板及彈簧秤質(zhì)量為m,當瓶中水質(zhì)量m1較小時(m1?m),可認為有F1-F0=ma,得a=F1-