高考物理一輪復習-實驗四-驗證牛頓運動定律

1．如圖所示，某實驗小組借用“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”的實驗裝置，進行“探究做功與物體速度變化的關(guān)系”的實驗，實驗時使小車在砝碼和托盤的牽引下運動，以此定量探究細繩拉力做功與小車速度變化的關(guān)系。(1)實驗準備了打點計時器及配套的電源、導線、紙帶、復寫紙及如圖所示的器材。若要完成該實驗，必需的實驗器材還有其中的________。(2)為達到平衡摩擦力的目的，取下細繩和托盤，通過調(diào)節(jié)墊片的位置，改變長木板傾斜程度，根據(jù)打出的紙帶判斷小車是否做________運動。(3)實驗開始時，先調(diào)節(jié)木板上定滑輪的高度，使牽引小車的細繩與木板平行。這樣做的目的是________(填字母代號)。A.避免小車的運動過程中發(fā)生抖動B．可使打點計時器在紙帶上打出的點跡清晰C．可以保證小車最終能夠?qū)崿F(xiàn)勻速直線運動D．可在平衡摩擦力后使細繩的拉力等于小車受的合力解析：(1)本實驗的實驗原理是合外力所做的功等于動能的變化量，通過研究紙帶來研究小車的速度，利用天平測量小車的質(zhì)量，利用砝碼的重力代替小車的合外力，所以需要刻度尺來測量紙帶上點的距離和用天平測得小車的質(zhì)量，即還需要刻度尺，天平(帶砝碼)，故選A、C。(2)為達到平衡摩擦力的目的，取下細繩和托盤，通過調(diào)節(jié)墊片的位置，改變長木板傾斜程度，根據(jù)打出的紙帶判斷小車是否做勻速直線運動。(3)實驗過程中，為減少誤差，提高實驗的精確度，應先調(diào)節(jié)木板上定滑輪的高度，使牽引小車的細繩與木板平行，目的是平衡摩擦力后，使細繩的拉力等于小車的合力，故A、B、C錯誤，D正確。答案：(1)AC(2)勻速直線(3)D2．(2020·高考全國卷Ⅱ)一細繩跨過懸掛的定滑輪，兩端分別系有小球A和B，如圖所示。一實驗小組用此裝置測量小球B運動的加速度。令兩小球靜止，細繩拉緊，然后釋放小球，測得小球B釋放時的高度h0＝0.590m，下降一段距離后的高度h＝0.100m；由h0下降至h所用的時間T＝0.730s。由此求得小球B加速度的大小為a＝______m/s2從實驗室提供的數(shù)據(jù)得知，小球A、B的質(zhì)量分別為100.0g和150.0g，當?shù)刂亓铀俣却笮間＝9.80m/s2。根據(jù)牛頓第二定律計算可得小球B加速度的大小為a′＝________m/s2可以看出，a′與a有明顯差異，除實驗中的偶然誤差外，寫出一條可能產(chǎn)生這一結(jié)果的原因：________________。解析：B小球在0.730s時間內(nèi)下落距離s＝0.590m－0.100m＝0.490m初始時速度為零，據(jù)s＝eq\f(1,2)aT2得a＝eq\f(2s,T2)＝eq\f(2×0.490,0.7302)m/s2≈1.84m/s2。已知兩小球的重力，據(jù)牛頓第二定律對B球有mBg－FT＝mBa′，對A球有mAg－FT＝mA(－a′)，聯(lián)立兩式得a′＝eq\f(mB－mA,mA＋mB)g＝eq\f(（150.0－100.0）×10－3,（100.0＋150.0）×10－3)×9.8m/s2＝1.96m/s2?？梢妼嶒灲Y(jié)果比理論結(jié)果小一些，可能是滑輪的軸不光滑或滑輪有質(zhì)量。答案：1.841.96滑輪的軸不光滑(或滑輪有質(zhì)量)3．(2020·廣東省七校聯(lián)合體高三第二次聯(lián)考)某同學在實驗室利用圖甲所示的裝置探究“在外力一定的條件下，物體的加速度與其質(zhì)量的關(guān)系”。圖中長木板水平固定，小吊盤和盤中物塊的質(zhì)量之和m遠小于滑塊(含滑塊上的砝碼)的質(zhì)量M。(1)為減小實驗誤差，打點計時器應選用______________(選填“電磁打點計時器”或“電火花計時器”)。(2)該同學回到教室處理數(shù)據(jù)時才發(fā)現(xiàn)做實驗時忘記了平衡摩擦力，也沒有記下小吊盤和盤中物塊的質(zhì)量之和。圖乙為實驗中所得的滑塊的加速度a與滑塊(含滑塊上的砝碼)的質(zhì)量的倒數(shù)eq\f(1,M)的關(guān)系圖像。取g＝10m/s2，根據(jù)圖像可求出小吊盤和盤中物塊的質(zhì)量之和約為________kg，滑塊與長木板之間的動摩擦因數(shù)為________。解析：(1)紙帶運動時，電磁打點計時器振針振動，計時器與紙帶存在較大摩擦，而電火花計時器由火花放電，摩擦小，故選用電火花計時器誤差小。(2)根據(jù)牛頓第二定律，對滑塊(含滑塊上的砝碼)有T－μMg＝Ma，變形后得a＝eq\f(T,M)－μg，圖像斜率表示細繩的拉力，則有T＝k＝eq\f(2,10)N＝0.2N。由于小吊盤和盤中物塊的質(zhì)量之和m遠小于滑塊(含滑塊上的砝碼)的質(zhì)量M，則小吊盤和盤中物塊的總重力近似等于細繩的拉力，所以小吊盤和盤中物塊的總質(zhì)量為m＝eq\f(T,g)＝0.02kg。乙圖中縱截距－2m/s2＝－μg，則滑塊與木板間的動摩擦因數(shù)為μ＝0.2。答案：(1)電火花計時器(2)0.020.24．學習了傳感器之后，在研究“小車加速度與所受合外力的關(guān)系”實驗時，甲、乙兩實驗小組引進“位移傳感器”“力傳感器”，分別用如圖(a)(b)所示的實驗裝置實驗，重物通過細線跨過滑輪拉相同質(zhì)量的小車，位移傳感器B隨小車一起沿水平軌道運動，位移傳感器A固定在軌道一端。甲組實驗中把重物的重力作為拉力F，乙組直接用力傳感器測得拉力F，改變重物的重力重復實驗多次，記錄多組數(shù)據(jù)，并畫出aF圖像。(1)甲組實驗把重物的重力作為拉力F的條件為______________。(重物質(zhì)量為m，小車與傳感器總質(zhì)量為M)(2)圖(c)中符合甲組同學作出的實驗圖像是____________；符合乙組同學作出的實驗圖像是____________。(均選填“①”“②”或“③”)解析：(1)在該實驗中實際是mg＝(M＋m)a，要滿足mg＝Ma，應該使重物的質(zhì)量遠小于小車和傳感器的總質(zhì)量。(2)在質(zhì)量不變的條件下，加速度與外力成正比；由實驗原理mg＝Ma，得a＝eq\f(mg,M)，而實際上a′＝eq\f(mg,M＋m)，即隨著重物的質(zhì)量增大，不