2024高考物理一輪復(fù)習(xí)實(shí)驗(yàn)四驗(yàn)證牛頓運(yùn)動(dòng)定律高效演練含解析

PAGE8-試驗(yàn)四驗(yàn)證牛頓運(yùn)動(dòng)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(cè)量細(xì)線上的拉力。依據(jù)如下步驟操作:①安裝好打點(diǎn)計(jì)時(shí)器和紙帶,調(diào)整木板的傾斜程度,平衡小車(chē)摩擦力;②細(xì)線通過(guò)木板一端光滑的定滑輪和動(dòng)滑輪,與力傳感器相連,動(dòng)滑輪上掛上肯定質(zhì)量的鉤碼,將小車(chē)?yán)娇拷螯c(diǎn)計(jì)時(shí)器的一端;③打開(kāi)力傳感器并接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源(頻率為50Hz的溝通電源);④釋放小車(chē),使小車(chē)在木板上做勻加速直線運(yùn)動(dòng);⑤關(guān)閉傳感器,記錄下力傳感器的示數(shù)F。通過(guò)分析紙帶得到小車(chē)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(yàn)結(jié)論。(1)本試驗(yàn)在操作中是否要滿意鉤碼的質(zhì)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于小車(chē)的質(zhì)量?__________(選填“須要”或“不須要”);某次釋放小車(chē)后,力傳感器示數(shù)為F,通過(guò)天平測(cè)得小車(chē)的質(zhì)量為M,動(dòng)滑輪和鉤碼的總質(zhì)量為m,不計(jì)滑輪的摩擦,則小車(chē)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(yàn)測(cè)得的紙帶的一段,可以推斷紙帶的________(選填“左”或“右”)端與小車(chē)連接,在打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下計(jì)時(shí)點(diǎn)6時(shí),鉤碼的瞬時(shí)速度大小為_(kāi)_____m/s。(保留兩位有效數(shù)字)

【解析】(1)本試驗(yàn)利用力傳感器測(cè)量細(xì)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(yuǎn)遠(yuǎn)小于小車(chē)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(diǎn)間的距離越來(lái)越大,故左端與小車(chē)相連,瞬時(shí)速度為點(diǎn)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】?jī)稍囼?yàn)小組分別做“探究加速度和力、質(zhì)量的關(guān)系”試驗(yàn)。(1)A組用如圖甲所示裝置做試驗(yàn),圖中帶滑輪的長(zhǎng)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(yàn)時(shí),下列操作必要且正確的是__________。

A.將長(zhǎng)木板右端適當(dāng)墊高,使小車(chē)能自由勻速下滑B.小車(chē)靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器,先接通電源,再釋放小車(chē),打出一條紙帶,同時(shí)記錄傳感器的示數(shù)C.為了減小誤差,試驗(yàn)中肯定要保證砂和砂桶的質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車(chē)的質(zhì)量D.用天平測(cè)出砂和砂桶的質(zhì)量(2)B組用如圖乙所示的試驗(yàn)裝置來(lái)做試驗(yàn)。①在正確、規(guī)范的操作中,打出一條如圖丙所示的紙帶,每?jī)蓚€(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)之間還有四個(gè)計(jì)時(shí)點(diǎn)沒(méi)有畫(huà)出來(lái),紙帶上的數(shù)字為相鄰兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離,打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的頻率為50Hz。打第4個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)時(shí)小車(chē)的速度v4=__________m/s;小車(chē)做勻加速直線運(yùn)動(dòng)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(chē)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(dá)到13M。測(cè)出每次加砂后,砂和砂桶的總重力F和小車(chē)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(yàn)前要平衡摩擦力,將長(zhǎng)木板右端適當(dāng)墊高,使小車(chē)能自由勻速下滑,選項(xiàng)A正確;為有效利用紙帶,小車(chē)應(yīng)靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器,先接通電源,再釋放小車(chē),打出一條紙帶,同時(shí)記錄傳感器的示數(shù),選項(xiàng)B正確;繩子的拉力可以由拉力傳感器讀出,試驗(yàn)中不須要保證砂和砂桶的質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車(chē)的質(zhì)量,不須要用天平測(cè)出砂和砂桶的質(zhì)量,選項(xiàng)C、D錯(cuò)誤。(2)①每?jī)蓚€(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)之間還有四個(gè)計(jì)時(shí)點(diǎn)沒(méi)有畫(huà)出來(lái),因此相鄰兩計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔為T(mén)=0.1s,打計(jì)數(shù)點(diǎn)4時(shí)小車(chē)的瞬時(shí)速度等于計(jì)數(shù)點(diǎn)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(duì)小車(chē)有:T=Ma,對(duì)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(dāng)砂和砂桶的質(zhì)量較大時(shí),不再滿意m?M這一條件,此狀況下按相同方式描點(diǎn)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(jì)了一個(gè)如圖甲所示的裝置來(lái)測(cè)定滑塊與水平木板間的動(dòng)摩擦因數(shù),其中A為滑塊,B和C是鉤碼,個(gè)數(shù)可調(diào)。A的左端與穿過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的紙帶相連(未畫(huà)出),通過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的紙帶測(cè)出系統(tǒng)的加速度。試驗(yàn)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(gè)數(shù),重復(fù)測(cè)量。不計(jì)細(xì)線和滑輪的質(zhì)量及它們之間的摩擦。(1)試驗(yàn)中除電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、紙帶、若干個(gè)質(zhì)量均為50g的鉤碼、滑塊、一端帶有定滑輪的長(zhǎng)木板、細(xì)線外,為了完成本試驗(yàn),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(yàn)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(diǎn)起先,每隔4個(gè)點(diǎn)取一計(jì)數(shù)點(diǎn)(中間4個(gè)點(diǎn)沒(méi)畫(huà)出),分別記為A、B、C、D、E、F。測(cè)得各計(jì)數(shù)點(diǎn)到O點(diǎn)的距離分別為OA=1.61cm,OB=4.0211.30cm,OE=16.14cm,OF=21.80cm,打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打點(diǎn)頻率為50Hz。由此紙帶可得到打E點(diǎn)時(shí)滑塊的速度v=(3)在試驗(yàn)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(yàn)可知滑塊與木板間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ=__________。(g取10m/s【解析】(1)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器通過(guò)打點(diǎn)可記錄紙帶運(yùn)動(dòng)的時(shí)間,則不須要秒表,A錯(cuò)誤;試驗(yàn)須要測(cè)量?jī)牲c(diǎn)之間的距離,因此須要毫米刻度尺,B正確;本試驗(yàn)中可以不測(cè)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(cuò)誤;電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器要用到低壓溝通電源,D正確;(2)每隔4個(gè)點(diǎn)取一計(jì)數(shù)點(diǎn),相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)之間的時(shí)間間隔為0.1s,故用平均速度等于中間時(shí)刻的瞬時(shí)速度可得v=xOF-xOD2T=21.由Δx=at2,可得a=Δxt2=xCF-(3)對(duì)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(yàn)裝置。他在氣墊導(dǎo)軌上安裝了一個(gè)光電門(mén)B,滑塊上固定一遮光條,滑塊用細(xì)線繞過(guò)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(xiàng)試驗(yàn)要求是__________。(請(qǐng)?zhí)顚?xiě)選項(xiàng)前對(duì)應(yīng)的字母)

A.應(yīng)使A位置與光電門(mén)間的距離適當(dāng)大些B.應(yīng)將氣墊導(dǎo)軌調(diào)整水平C.應(yīng)使細(xì)線與氣墊導(dǎo)軌平行D.應(yīng)使滑塊質(zhì)量遠(yuǎn)大于鉤碼和力傳感器的總質(zhì)量(2)試驗(yàn)時(shí),將滑塊從A位置由靜止釋放,由數(shù)字計(jì)時(shí)器讀出遮光條通過(guò)光電門(mén)B的時(shí)間t,若要得到滑塊的加速度,還須要測(cè)量的物理量是____________。(寫(xiě)出物理量名稱(chēng)及表示符號(hào))

(3)變更鉤碼質(zhì)量,測(cè)出對(duì)應(yīng)的力傳感器的示數(shù)F和遮光條通過(guò)光電門(mén)的時(shí)間t,通過(guò)描點(diǎn)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(shí)應(yīng)作出________圖象。

【解析】(1)應(yīng)使A位置與光電門(mén)間的距離適當(dāng)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(xì)線方向與氣墊導(dǎo)軌平行,故C是必要的;拉力是干脆通過(guò)力傳感器測(cè)量的,故與滑塊質(zhì)量和鉤碼質(zhì)量大小無(wú)關(guān),故D是不必要的;(2)依據(jù)勻變速直線運(yùn)動(dòng)的位移速度公式得v2=2aL,又因?yàn)関=dt,解得a=d故要測(cè)加速度還須要測(cè)出A位置到光電門(mén)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(shí)應(yīng)作出F-1t答案:(1)D(2)A位置到光電門(mén)的距離L(3)F-14.利用圖甲中的裝置可測(cè)量滑塊與斜面間的動(dòng)摩擦因數(shù)。在斜面底端O處固定一光電門(mén),當(dāng)帶有遮光片的滑塊自斜面上的P點(diǎn)從靜止滑下,通過(guò)光電門(mén)時(shí),與光電門(mén)相連的計(jì)時(shí)器顯示遮光片通過(guò)光電門(mén)的時(shí)間為Δt。測(cè)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(guò)光電門(mén)的時(shí)間Δt、遮光片的寬度d四個(gè)物理量間滿意的關(guān)系式是______。

(2)用游標(biāo)卡尺測(cè)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(cè)出下滑點(diǎn)與O點(diǎn)間的距離s,登記相應(yīng)的遮光片通過(guò)光電門(mén)的時(shí)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_(kāi)_________;

②測(cè)得斜面的高度h=60.00cm、斜面的長(zhǎng)度L=100.00cm,g取9.【解析】(1)滑塊經(jīng)過(guò)光電門(mén)時(shí)的速度大小v=dΔ依據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)公式有(dΔt)2=2(2)游標(biāo)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(duì)滑塊進(jìn)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(yàn)小組利用拉力傳感器和打點(diǎn)計(jì)時(shí)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(chē)上記錄小車(chē)受到拉力的大小,依據(jù)甲圖進(jìn)行試驗(yàn),釋放紙帶時(shí),小車(chē)處于甲圖所示的位置。(1)指出甲圖中的一處錯(cuò)誤:__________________________。

(2)下列說(shuō)法正確的是 ()A.試驗(yàn)之前,要先平衡摩擦力B.小車(chē)的質(zhì)量要遠(yuǎn)小于所掛鉤碼的質(zhì)量C.應(yīng)調(diào)整滑輪的高度使細(xì)線與木板平行D.試驗(yàn)時(shí)應(yīng)先釋放紙帶,再接通電源(3)圖乙是試驗(yàn)中獲得的一條紙帶的某部分,選取A、B、C、D、E計(jì)數(shù)點(diǎn)(每?jī)蓚€(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)間還有4個(gè)點(diǎn)未畫(huà)出),AC間的距離為_(kāi)_____。

(4)若打點(diǎn)計(jì)時(shí)器運(yùn)用的溝通電頻率為50Hz,則小車(chē)的加速度大小為_(kāi)_____________m/s2。(保留兩位有效數(shù)字)

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