專題12-4-驗證牛頓運動定律-高考物理100考點模擬題千題精練(解析版)

100考點最新模擬題千題精練12-41.（2018中原名校聯(lián)盟質(zhì)檢）某實驗小組在做“驗證牛頓第二定律”實驗中．（1）在閉合開關(guān)之前，甲同學(xué)將實驗器材組裝成如圖甲所示．請指出該裝置中的錯誤或不妥之處（只要答出其中兩點即可）：_________________；________________________．（2）乙同學(xué)將上述裝置調(diào)整正確后進行實驗，在實驗中得到如圖乙所示的一條紙帶，圖中相鄰兩計數(shù)點之間還有四個點沒有畫出，且打點計時器每0．02s打一個點，由圖中的數(shù)據(jù)可計算出小車加速度為_____________m／s2．（保留兩位有效數(shù)字）（3）丙同學(xué)在利用上述調(diào)整好的裝置進行實驗中，保持沙和沙桶的總質(zhì)量不變，小車自身的質(zhì)量為M且保持不變，改變小車中砝碼的質(zhì)量m，并測出小車中放不同質(zhì)量砝碼時所對應(yīng)的加速度a，以m為橫坐標(biāo)，為縱坐標(biāo)，在坐標(biāo)紙上作出如圖丙所示的－m關(guān)系圖線，圖中縱軸上的截距為b，則小車受到的拉力大小為_____________．【參考答案】（1）①用的是直流電源②木板的右端沒有墊高(或小車離打點計時器太遠)

（2）0.50(或0.49)（3）M/b

（3）保持沙和沙桶的總質(zhì)量不變，即拉力F保持不變，小車所受合外力不變．改變小車中砝碼的質(zhì)量m，即改變了小車和砝碼的質(zhì)量之和M＋m.由牛頓第二定律可知，F(xiàn)＝(M＋m)a，即=－m,.由題圖丙可知，縱軸上的截距為b＝,故小車受到的拉力大小為F＝。2．（8分）某實驗小組做驗證牛頓第二定律實驗（1）實驗小組中的小華用圖所示裝置做實驗，圖中帶滑輪的長木板水平放置于桌面，拉力傳感器可直接顯示所受到的拉力大?。∪A做實驗時，下列操作必要且正確的是_______A．將長木板右端適當(dāng)墊高，使小車能自由勻速滑動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．改變砂和砂桶質(zhì)量，打出幾條紙帶D．用天平測出砂和砂桶的質(zhì)量E．為了減小誤差，實驗中一定要保證砂和砂桶的質(zhì)量遠小于小車的質(zhì)量（2）實驗小組中的小明如圖所示的實驗裝置來做實驗。①小明同學(xué)平衡了摩擦力后．以砂和砂桶的重力為F，在小車質(zhì)量M保持不變情況下，不斷往桶里加砂，砂的質(zhì)量最終達到，測小車加速度a，作a-F的圖像．下列圖線正確的是．②小明同學(xué)在正確規(guī)范操作中，打出一條紙帶如圖所示，每兩個計數(shù)點之間還有四個計時點沒有畫出來，圖中上面的數(shù)字為相鄰兩個計數(shù)點間的距離，打點計時器工作頻率為50Hz．打第4個計數(shù)點時紙帶的速度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）【答案】（1）ABC；（2）①C；②1.21m/s；2.02m/s2（2）①平衡了摩擦力后，對于小車有：，對于砂和砂桶有：，聯(lián)立可得：，若滿足m<<M，則有，即a-F的圖像為直線，當(dāng)砂和砂桶質(zhì)量較大時，不再滿足“m<<M”這一條件，此情況下按相同方式描點的圖象遵循規(guī)律，隨著砂的質(zhì)量的增加，a-F的圖像的斜率為將減小，所以圖線向下彎曲。所以選C。②4點的瞬時速度等于35段的平均速度，則有：．每兩個計數(shù)點之間還有四個計時點沒有畫出來，因此相鄰計數(shù)點的周期為T=0.1s；根據(jù)△x=aT2，結(jié)合作差法，解得：；3.（6分）用如圖所示的裝置驗證牛頓第二定律。（1）除了圖中所給器材以及交流電源和導(dǎo)線外，在下列器材中，還必須使用的兩種器材是____________（選填正確選項的字母）。A．秒表B．天平（含砝碼）C．彈簧測力計D．刻度尺（2）在實驗中，得到一條打點的紙帶，如圖乙所示。已知相鄰計數(shù)點間的時間間隔為T，且相鄰間距x1、x2、x3、x4、x5、x6已量出，則小車加速度的表達式為a=_______。(3)數(shù)據(jù)在坐標(biāo)系中作出了圖所示的a－F圖象．①圖線不過坐標(biāo)原點的原因是_________________________________________．②小車的質(zhì)量為________kg.【答案】（1）BD；（2）；（3）①未平衡摩擦力或平衡摩擦力不足；②0.5【解析】（1）利用天平測量質(zhì)量，利用打點計時器測量長度求加速度，所以需要天平和直尺，正確答案BD；（2）根據(jù)勻變速直線運動的推論△x=aT2，有：x6?x3＝3a1T2x5?x2＝3a2T2x4?x1＝3a3T2a＝(a1+a2+a3)小車加速度的表達式為a=(3)①由圖象可知，當(dāng)F≠0時，加速度仍然為零，說明沒有平衡摩擦力，或平衡摩擦力不足；②a－F圖象中的斜率表示質(zhì)量的倒數(shù)，由圖可知，故小車和傳感器的總質(zhì)量M＝＝0.5kg.4.（2017北京西城二模）利用如圖1所示的裝置做“驗證牛頓第二定律”的實驗。①除了圖中所給的器材以及交流電源和導(dǎo)線外，在下列器材中，還必須使用的兩種器材是____________。A．秒表 B．天平（含砝碼）C．彈簧測力計 D．刻度尺②甲同學(xué)實驗時這樣平衡摩擦力。按圖2裝置把實驗器材安裝好，先不掛重物，將小車放在木板上，后面固定一條紙帶，紙帶穿過打點計時器。用墊塊把木板一端墊高，接通打點計時器，讓小車以一定初速度沿木板向下運動，并不斷調(diào)節(jié)木板的傾斜度，直到小車拖動紙帶沿木板做_______運動。③甲同學(xué)利用v-t圖像求出每條紙帶對應(yīng)的加速度。他在處理其中一條紙帶時，求出每個計數(shù)點對應(yīng)的速度，并將各點的速度都標(biāo)在了如圖2所示的坐標(biāo)系中。請在坐標(biāo)系中作出小車運動的v-t圖像，并利用圖像求出小車此次運動的加速度a=__________m/s2。aF④乙同學(xué)在驗證小車加速度a與所受拉力F的關(guān)系時，根據(jù)實驗數(shù)據(jù)作出的a-F圖aFA．木板一端墊得過高B．木板一端墊得過低C．盤和砝碼的總質(zhì)量太大了D．盤和砝碼的總質(zhì)量太小了⑤丙同學(xué)作出的a-F圖像如圖4所示。發(fā)現(xiàn)圖線有一段是曲線，F(xiàn)a他認為這是系統(tǒng)誤差造成的。他將實驗方法做了如下改進：他先將一些砝碼放在小車上；之后每次從小車上取下一些砝碼移到牽引小車的盤上；重復(fù)多次實驗，直到將砝碼全部移到盤中；根據(jù)測得的數(shù)據(jù)，繪制出小車加速度a隨著盤和盤中的砝碼所受重力F變化的關(guān)系圖線，得到的是一條過原點的直線。已知盤和所有砝碼的總質(zhì)量為m，小車的質(zhì)量為M。請你分析說明圖線為直線的原因，并說明圖線斜率的物理意義。Fa【參考答案】①BD②勻速直線③如圖。1.00④A（10分）⑤根據(jù)牛頓第二定律，可得，其中M+m為定值，所以a-F圖像為過原點的直線，斜率為。（4分）【名師解析】①測量小車質(zhì)量、測量砝碼盤質(zhì)量度需要天平，測量打點計時器打出的紙帶上點跡的距離需要刻度尺，因此還必須使用的兩種器材是BD。②平衡摩擦力，要達到小車以一定初速度拖動紙帶沿木板向下做勻速直線運動。③舍棄偏差較大的點，過盡可能多的點做直線，得到速度圖象。由圖象斜率得加速度a=1.00m/s2。④如圖4所示a-F圖像不過原點，在力F為零時，就有了加速度，說明平衡摩擦力過度，原因是木板一端墊得過高。⑤根據(jù)牛頓第二定律，可得，其中M+m為定值，所以a-F圖像為過原點的直線，斜率為。5．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(dāng)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(biāo)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(biāo)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(biāo)，eq\f(1,a)為縱坐標(biāo)，在坐標(biāo)紙上作出eq\f(1,a)－m關(guān)系圖線。若加速度與小車和砝碼的總質(zhì)量成反比，則eq\f(1,a)與m應(yīng)成________關(guān)系(填“線性”或“非線性”)。(2)完成下列填空：①本實驗中，為了保證在改變小車中砝碼的質(zhì)量時，小車所受的拉力近似不變，小吊盤和盤中物塊的質(zhì)量之和應(yīng)滿足的條件是________________________________________。②設(shè)紙帶上三個相鄰計數(shù)點的間距為s1、s2和s3。a可用s1、s3和Δt表示為a＝________。圖乙為用米尺測量某一紙帶上的s1、s3的情況，由圖可讀出s1＝________mm，s3＝________mm，由此求得加速度的大小a＝________m/s2。③圖丙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________。③設(shè)小車質(zhì)量為M，由牛頓第二定律可得F＝(M＋m)a?eq\f(1,a)＝eq\f(M,F)＋eq\f(m,F)，結(jié)合圖象可知eq\f(1,F)＝k?F＝eq\f(1,k)，eq\f(M,F)＝b?M＝bF＝eq\f(b,k)?！緟⒖即鸢浮浚?1)等間距線性(2)①遠小于小車和砝碼的總質(zhì)量②eq\f(s3－s1,50Δt2)24.2(23.9～24.5之間均正確)47.3(47.0～47.6之間均正確)1.16(1.13～1.19之間均正確)③eq\f(1,k)eq\f(b,k)6．如圖甲所示為驗證牛頓第二定律的實驗裝置示意圖。(1)平衡小車所受阻力的操作：取下________，把木板不帶滑輪的一端墊高；接通電火花計時器電源，輕推小車，讓小車拖著紙帶運動。如果打出的紙帶如圖乙所示，則應(yīng)________(選填“減小”或“增大”)木板的傾角，反復(fù)調(diào)節(jié)，直到紙帶上打出的點跡__________為止。(2)如圖丙所示為研究“在外力一定的條件下，物體的加速度與其質(zhì)量的關(guān)系”時所得的實驗圖象，橫坐標(biāo)m為小車上砝碼的質(zhì)量。設(shè)圖中直線的斜率為k，在縱軸上的截距為b，若牛頓第二定律成立，則小車受到的拉力為________，小車的質(zhì)量為________?！緟⒖即鸢浮浚?1)砝碼減小間隔相等(均勻)(2)eq\f(1,k)eq\f(b,k)7(2016·蕪湖模擬)在驗證牛頓第二定律的實驗中，某學(xué)習(xí)小組使用的實驗裝置如圖甲所示：(1)由于沒有打點計時器，該小組讓小車由靜止開始運動，發(fā)生位移x，記錄時間t，則小車的加速度的表達式為a＝________。(2)指出該實驗中的一個明顯疏漏：_________________________________________。(3)糾正了疏漏之處后，保持小車的質(zhì)量M不變，改變砂桶與砂的總重力F，多次實驗，根據(jù)得到的數(shù)據(jù)，在aF圖象中描點(如圖乙所示)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)右側(cè)若干個點明顯偏離直線，造成此誤差的主要原因是________。A．軌道傾斜不夠B．軌道傾斜過度C．砂桶與砂的總重力太大D．所用小車的質(zhì)量太大(4)若不斷增加砂桶中砂的質(zhì)量，aF圖象中各點連成的曲線將不斷延伸，那么加速度的趨向值為________，繩子拉力的趨向值為________。(4)因為鉤碼的重力在這個實驗中充當(dāng)小車所受到的合力，當(dāng)鉤碼的重力非常大時，它將帶動小車近似做加速度為g的運動，此時由于FT＝Ma，所以拉力約為小車與發(fā)射器的總重力，即Mg?！緟⒖即鸢浮?1)eq\f(2x,t2)(2)沒有平衡摩擦力(3)C(4)gMg8．用如圖甲所示的實驗裝置驗證牛頓第二定律：(1)某同學(xué)通過實驗得到如圖乙所示的aF圖象，造成這一結(jié)果的原因是：在平衡摩擦力時木板與水平桌面間的傾角________(填“偏大”或“偏小”)。(2)該同學(xué)在平