2020屆高考物理 精準(zhǔn)培優(yōu)專練五 與牛頓運(yùn)動定律有關(guān)的實(shí)驗(yàn)（含解析）

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1、與牛頓運(yùn)動定律有關(guān)的實(shí)驗(yàn) 1．本考點(diǎn)命題多集中在打點(diǎn)計(jì)時器使用、平衡摩擦力、紙帶處理上，尤其是瞬時速度、加速度的計(jì)算及數(shù)據(jù)處理、實(shí)驗(yàn)改進(jìn)與創(chuàng)新等。 2．常用思想方法： (1)控制變量法研究物理問題；(2)用列表法、圖象法處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。 二、考題再現(xiàn) 典例1.(2019·全國II卷·22)如圖（a），某同學(xué)設(shè)計(jì)了測量鐵塊與木板間動摩擦因數(shù)的實(shí)驗(yàn)。所用器材有：鐵架臺、長木板、鐵塊、米尺、電磁打點(diǎn)計(jì)時器、頻率50 Hz的交流電源，紙帶等?；卮鹣铝袉栴}： (1)鐵塊與木板間動摩擦因數(shù)μ＝。（用木板與水平面的夾角θ、重力加速度g和鐵塊下滑的加速度a表示） (2)某次實(shí)驗(yàn)時，調(diào)整木板

2、與水平面的夾角θ＝30°。接通電源，開啟打點(diǎn)計(jì)時器，釋放鐵塊，鐵塊從靜止開始沿木板滑下。多次重復(fù)后選擇點(diǎn)跡清晰的一條紙帶，如圖(b)所示。圖中的點(diǎn)為計(jì)數(shù)點(diǎn)(每兩個相鄰的計(jì)數(shù)點(diǎn)間還有4個點(diǎn)未畫出)，重力加速度為9.8 m/s2?？梢杂?jì)算出鐵塊與木板間的動摩擦因數(shù)為。(結(jié)果保留2位小數(shù)) 典例2.(2018·全國II卷·23)某同學(xué)用圖(a)所示的裝置測量木塊與木板之間的動摩擦因數(shù)?？邕^光滑定滑輪的細(xì)線兩端分別與木塊和彈簧秤相連，滑輪和木塊間的細(xì)線保持水平，在木塊上方放置砝碼。緩慢向左拉動水平放置的木板，當(dāng)木塊和砝碼相對桌面靜止且木板仍在繼續(xù)滑動時，彈簧秤的示數(shù)即為木塊受到的滑動摩擦力的大小。某

3、次實(shí)驗(yàn)所得數(shù)據(jù)在表中給出，其中f4的值可從圖(b)中彈簧秤的示數(shù)讀出。 砝碼的質(zhì)量m/kg 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 滑動摩擦力f/N 2.15 2.36 2.55 f4 2.93 回答下列問題： (1)f4＝________N； (2)在圖(c)的坐標(biāo)紙上補(bǔ)齊未畫出的數(shù)據(jù)點(diǎn)并繪出f－m圖線； (3)f與m、木塊質(zhì)量M、木板與木塊之間的動摩擦因數(shù)μ及重力加速度大小g之間的關(guān)系式為f＝________，f－m圖線(直線)的斜率的表達(dá)式為k＝________； (4)取g＝9.80 m/s2，由繪出的f－m圖線求得μ＝________。

4、(保留2位有效數(shù)字) 三、對點(diǎn)速練 1．用圖甲的裝置測量木塊與水平木板間的動摩擦因數(shù)μ時，所用木塊的質(zhì)量與重物的質(zhì)量相等。若測得木塊的加速度為a，用g表示重力加速度的值，則： (1)計(jì)算動摩擦因數(shù)的表達(dá)式為μ＝________。（用題中物理量的符號表示） (2)實(shí)驗(yàn)中得到一條紙帶如圖乙所示A、B、C、D、E為5個計(jì)數(shù)點(diǎn)，相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間有4個點(diǎn)未畫出，各計(jì)數(shù)點(diǎn)距離如圖。已知打點(diǎn)計(jì)時器使用的電源頻率為50 Hz，可求得：打下D點(diǎn)時木塊的速度vD＝____m/s；運(yùn)動過程中木塊的加速度a＝________m/s2。（計(jì)算結(jié)果保留三位有效數(shù)字） 2．為了探究質(zhì)量一定時加速度與力的關(guān)系，

5、一同學(xué)設(shè)計(jì)了如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置，其中M為帶滑輪的小車的質(zhì)量，m為砂和砂桶的質(zhì)量。（滑輪質(zhì)量不計(jì)） (1)實(shí)驗(yàn)時，一定要進(jìn)行的操作是____________。 A．用天平測出砂和砂桶的質(zhì)量 B．將帶滑輪的長木板右端墊高，以平衡摩擦力 C．小車靠近打點(diǎn)計(jì)時器，先接通電源，再釋放小車，打出一條紙帶，同時記錄彈簧測力計(jì)的示數(shù) D．改變砂和砂桶的質(zhì)量，打出幾條紙帶 E．為減小誤差，實(shí)驗(yàn)中一定要保證砂和砂桶的質(zhì)量m遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量M (2)該同學(xué)在實(shí)驗(yàn)中得到如圖所示的一條紙帶（相鄰兩計(jì)數(shù)點(diǎn)間還有兩個點(diǎn)沒有畫出），已知打點(diǎn)計(jì)時器采用的是頻率為50 Hz的交流電，根據(jù)紙帶可求出小車的加速度為

6、m/s2。(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字) (3)以彈簧測力計(jì)的示數(shù)F為橫坐標(biāo)，加速度為縱坐標(biāo)，畫出的a－F圖象是一條直線，圖線與橫坐標(biāo)的夾角為θ，求得圖線的斜率為k，則帶滑輪的小車的質(zhì)量為。 A．2tan θ B． C．k D． 3．某實(shí)驗(yàn)小組設(shè)計(jì)了如圖甲所示實(shí)驗(yàn)裝置“探究加速度與物體受力的關(guān)系”。圖中A為滑塊，B為裝有砝碼的小盤，C為放置在水平桌面上一端帶有定滑輪的長木板，滑塊通過紙帶與電磁打點(diǎn)計(jì)時器(未畫出)相連。 (1)小組成員先用彈簧測力計(jì)測量滑塊的重力，如圖乙，由圖可知滑塊的重力GA＝_______N。（保留2位有效數(shù)字）

7、(2)小組成員接著將滑塊與砝碼盤用細(xì)繩連接，將細(xì)繩掛在滑輪上，使滑輪和滑塊間的細(xì)繩處于水平然后在砝碼盤中添加砝碼。在規(guī)范操作的情況下，得到了滑塊加速度與砝碼盤及砝碼總重力F的關(guān)系，將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)描繪在a－F圖象中，得到一條實(shí)驗(yàn)圖線如圖丙所示，該圖線與橫軸的交點(diǎn)數(shù)值F0＝0.87 N，據(jù)此可計(jì)算出滑塊與木板間的動摩擦因數(shù)μ＝_______。（保留2位有效數(shù)字） (3)該圖線在a較小（a＜l m/s2）時基本上是一直線，該直線段的斜率_______。（填選項(xiàng)前面的代號） A．只跟GA有關(guān) B．只跟F0有關(guān) C．跟GA和F0之和有關(guān)

8、 D．只跟μ有關(guān) 4．木－木間動摩擦因數(shù)大致在0.3左右，現(xiàn)測量實(shí)驗(yàn)室中某木塊與木板間動摩擦因數(shù)μ。 (1)采用圖甲所示實(shí)驗(yàn)裝置，正確進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，得到圖乙所示的一條紙帶。 ①從某個清晰的打點(diǎn)開始依次標(biāo)注0、1、2、3、4、5、6，分別測出0點(diǎn)到各點(diǎn)的距離d1、d2、d3、d4、d5、d6。己知打點(diǎn)周期T，求得各點(diǎn)木塊運(yùn)動速度vi，其中第4點(diǎn)木塊的速度v4＝__________；取0點(diǎn)時刻為零時刻，作v－t圖得到木塊加速度為a，己知木塊的質(zhì)量M、鉤碼的質(zhì)量m及當(dāng)?shù)刂亓铀俣萭，則木塊與木板間動摩擦因數(shù)μ＝_______。 ②關(guān)于上述實(shí)驗(yàn)操作過程：長木板必須保持______

9、____（選填“傾斜”或“水平”）；鉤碼質(zhì)量__________（選填“必須”或“不必”）遠(yuǎn)小于木塊質(zhì)量。 ③對實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析，發(fā)現(xiàn)μ則量值偏大，請列出一條產(chǎn)生誤差的原因：______________。 (2)只有一把刻度尺，己知懸掛重物和木塊質(zhì)量分別是m＝0.3 kg、M＝0.5 kg，而當(dāng)?shù)刂亓铀俣萭未知，某同學(xué)用圖丙裝置測量木塊與長木板間動摩擦因數(shù)μ，細(xì)線跨過水平長木板左端定滑輪一端懸掛重物，另一端連接靜止在水平長木板上A點(diǎn)的木塊，懸掛重物離地高度 h。釋放木塊、重物開始運(yùn)動，重物著地后不再反彈，木塊最終停在B點(diǎn)，刻度尺測量AB間距離為s，保持木塊釋放點(diǎn)位置不變，多次改變重物下落

10、高度h，測得對應(yīng)s，作s－h(huán)圖如圖丁，圖線斜率為k＝1.5，則木塊與木板間動摩擦因數(shù)μ＝_______。 5．某研究性學(xué)習(xí)小組使用如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置測定小木塊與傾斜軌道間的動摩擦因數(shù)．傾斜軌道的頂端有一個固定的擋板，軌道上有兩個位置可調(diào)節(jié)的光電門A和光電B。他們將一個遮光條安裝在小木塊上，并用游標(biāo)卡尺測量遮光條的寬度d。已知軌道的傾角為θ，當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣葹間。實(shí)驗(yàn)操作如下： ①將光電門B固定在離擋板較遠(yuǎn)的位置，使小木塊從緊靠擋板的位置由靜止釋放； ②記錄遮光條通過光電門A的時間Δt1，遮光條通過光電門B的時間Δt2以及兩個光電門之間的距離x； ③改變光電門A的位置，重復(fù)以上操作，

11、記錄多組Δt1、Δt2和x的值。請回答以下問題： (1)用游標(biāo)卡尺測量遮光條的寬度如圖所示，則d＝________cm。 (2)利用圖象來處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，作出的圖象應(yīng)是_________。 (3)用圖象斜率的絕對值 k 來計(jì)算小木塊與傾斜軌道間的動摩擦因數(shù)，在不計(jì)空氣阻力的情況下，他們用來計(jì)算動摩擦因數(shù)的表達(dá)式為___________（用題目中所給物理量的字母表示）。若考慮空氣阻力，則他們利用如上表達(dá)式求出的動摩擦因數(shù)____________（填“偏大”“偏小”或“沒有影響”）。 6．某實(shí)驗(yàn)小組的同學(xué)利用如圖1所示的裝置“探究物體速度和位移的關(guān)系”，并測量物塊和桌面間的動摩擦因數(shù)。已

12、知彈簧處于原長時，物塊位于光電門左側(cè)。 (1)按如圖1所示安裝實(shí)驗(yàn)器材，物塊上方裝有較窄的遮光條，用游標(biāo)卡尺測量其寬度如圖2所示，則遮光條的寬度為________mm。 (2)實(shí)驗(yàn)步驟如下： ①讓物塊壓縮彈簧并鎖定； ②釋放物塊，讀出物塊通過光電門時的遮光時間Δt； ③測量出物塊停止運(yùn)動時遮光條的位置到光電門之間的位移x； ④重復(fù)②③步驟，測出多組遮光時間Δt和位移x的值； ⑤計(jì)算出物塊通過光電門時對應(yīng)的速度v。 (3)根據(jù)測量的數(shù)據(jù)在如圖3所示的坐標(biāo)紙上做出v2－x圖象，由圖象可知，物塊在桌面上運(yùn)動的加速度大小為_______m/s2。已知重力加速度g取10 m/s2，則

13、物塊和桌面間的動摩擦因數(shù)為________。(結(jié)果均保留兩位 有效數(shù)字) 7．某實(shí)驗(yàn)小組應(yīng)用如圖所示裝置“探究加速度與物體所受合力的關(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(diǎn)計(jì)時器所接的交流電的頻率為50 Hz。實(shí)驗(yàn)步驟如下： A．按圖所示安裝好實(shí)驗(yàn)裝置，其中與定滑輪及彈簧測力計(jì)相連的細(xì)線豎直； B．調(diào)節(jié)長木板的傾角，輕推小車后，使小車能沿長木板向下勻速運(yùn)動； C．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； D．改變砝碼盤中砝碼的質(zhì)量，重復(fù)步驟C，求得小車在不同合力作用下的加速度。 根據(jù)以上實(shí)驗(yàn)過程，回答以下問題： (1

14、)對于上述實(shí)驗(yàn)，下列說法正確的是_________。 A．小車的加速度與砝碼盤的加速度大小相等 B．與小車相連的輕繩與長木板一定要平行 C．彈簧測力計(jì)的讀數(shù)應(yīng)為砝碼和砝碼盤總重力的一半 D．砝碼和砝碼盤的總質(zhì)量不需要遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量 (2)實(shí)驗(yàn)中打出的其中一條紙帶如圖所示，由該紙帶可求得小車的加速度a＝_______m/s2。(結(jié)果保留2位有效數(shù)字) (3)由本實(shí)驗(yàn)得到的數(shù)據(jù)作出小車的加速a與彈簧測力計(jì)的示數(shù)F的關(guān)系圖象，與本實(shí)驗(yàn)相符合的是________。 8．圖甲所示為某實(shí)驗(yàn)小組測量A、B兩個箱子質(zhì)量的裝置圖，其中D為鐵架臺，E為固定在鐵架臺上的輕質(zhì)定滑輪(質(zhì)量和摩擦

15、可忽略)，F(xiàn)為光電門，C為固定在A上、寬度為d的細(xì)遮光條(質(zhì)量不計(jì))。此外該實(shí)驗(yàn)小組還準(zhǔn)備了砝碼一套(總質(zhì)量m0＝1 kg)和刻度尺等，請?jiān)谝韵聦?shí)驗(yàn)步驟中按要求作答。 (1)在鐵架臺上標(biāo)記一位置O，并測得該位置與光電門之間的高度差h。 (2)取出質(zhì)量為m的砝碼放在A中，剩余砝碼都放在B中，讓A從位置O由靜止開始下降。 (3)記錄下遮光條通過光電門的時間t，根據(jù)所測數(shù)據(jù)計(jì)算出A下落到F處的速率v＝______；下落過程中的加速度大小a＝______。 (4)改變m，重復(fù)(2)(3)步驟，得到多組m及a的數(shù)據(jù)，作出______ (填“a－m”或“a－”)圖象如圖乙所示(圖中橫、縱坐標(biāo)物理量

16、的單位均采用國際制單位) (5)由圖象可得，A的質(zhì)量mA＝______kg，B的質(zhì)量mB＝______kg。(保留兩位有效數(shù)字，重力加速度大小g取10 m/s2) 答案 二、考題再現(xiàn) 典例1.【解析】(1)由mgsinθ－μmgcosθ＝ma，解得：μ＝。 (1) SII＝(76.39－31.83)×10－2 m，SI＝(31.83－5.00)×10－2 m，T＝0.1 s，故a＝m/s2＝1.97 m/s2，由于θ＝30°，g＝9.80 m/s2，則μ＝0.35。 【答案】(1) (2)

17、0.35 典例2.【解析】(1)對彈簧秤進(jìn)行讀數(shù)得2.75 N。 (2)在圖象上添加(0.05 kg，2.15 N)、(0.20 kg，2.75 N)這兩個點(diǎn)，畫一條直線，使盡可能多的點(diǎn)落在這條直線上，不在直線上的點(diǎn)大致均勻分布在直線兩側(cè)，如答案圖所示。 (3)由實(shí)驗(yàn)原理可得f＝μ(M＋m)g，f－m圖線的斜率為k＝μg。 (4)根據(jù)圖象求出k＝3.9 N/kg，代入數(shù)據(jù)得μ＝0.40。 【答案】(1)2.75　(2)如圖所示　(3)μ(M＋m)g　μg　(4)0.40 三、對點(diǎn)速練 1．【答案】(1) (2)0.975 3.15(3.14～3.16) 【解析】

18、(1)設(shè)木塊質(zhì)量和重物質(zhì)量為m，對重物根據(jù)牛頓第二定律：mg－T＝ma，對木塊有：T－μmg＝ma，聯(lián)立解得：。 (2)紙帶上某點(diǎn)的瞬時速度等于該點(diǎn)前后相鄰兩個點(diǎn)的平均速度，故m/s＝0.975m/s，根據(jù)位移差公式Δx＝aT2得：m/s2。 2．【答案】(1)BCD (2)1.3 (3)D 【解析】(1)本題拉力可以由彈簧測力計(jì)測出，不需要用天平測出砂和砂桶的質(zhì)量，也就不需要使小桶(包括砂)的質(zhì)量遠(yuǎn)小于車的總質(zhì)量，故A錯誤，E錯誤；彈簧測力計(jì)測出拉力表示小車受到的合外力，故需要將 帶滑輪的長木板右端墊高，以平衡摩擦力，故B正確；打點(diǎn)計(jì)時器運(yùn)用時，都是先接通電源，待打點(diǎn)

19、穩(wěn)定后再釋放紙帶，該實(shí)驗(yàn)探究加速度與力和質(zhì)量的關(guān)系，要記錄彈簧測力計(jì)的示數(shù)，故C正確；改變砂和砂桶質(zhì)量，即改變拉力的大小，打出幾條紙帶，研究加速度隨F變化關(guān)系，故D正確。 (2)由于兩計(jì)數(shù)點(diǎn)間還有二個點(diǎn)沒有畫出，故相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)的時間間隔為0.06 s，由Δx＝aT2可得：m/s2＝1.3 m/s2。 (3)對a－F圖來說，圖象的斜率表示小車質(zhì)量的倒數(shù)，此題，彈簧測力計(jì)的示數(shù)，故小車的質(zhì)量，故D正確。 3．【答案】(1)2.80 (2)0.31 (3)C 【解析】(1)由圖乙知，測力計(jì)的分度值為0.1 N，所以其示數(shù)為2.80 N； (2) 對滑塊A由牛頓第二定律有：T－μm

20、g＝ma，同理對砝碼盤由牛頓第二定律有：mg－T＝ma，聯(lián)立解得： ，即為，結(jié)合圖丙可知，當(dāng)加速度為0時，則，解得F0＝μMG，所μ＝0.31。 (3)由(2)分析可得：直線段的斜率只跟小車的質(zhì)量和砝碼盤的質(zhì)量有關(guān)，故C正確。 4．【答案】(1)水平不必細(xì)線與滑輪、紙帶與打點(diǎn)器的阻力 (2)0.33 【解析】(1)①根據(jù)木塊運(yùn)動第4點(diǎn)的瞬時速度等于3、5兩個計(jì)數(shù)點(diǎn)間的平均速度，即可得； 對木塊與鉤碼為對象，根據(jù)牛頓第二定理可得，解得；②由于該實(shí)驗(yàn)需要測量木塊與木板間動摩擦因數(shù)，不需要平衡摩擦力，所以長木板必須保持水平；根據(jù)牛頓第二定律可知鉤碼的重力mg與細(xì)繩對木塊的拉力T＝m

21、g－ma不相等，所以碼質(zhì)量不必遠(yuǎn)小于木塊質(zhì)量；③對實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析，產(chǎn)生誤差的原因是細(xì)線與滑輪、紙帶與打點(diǎn)器的阻力。 (3) 懸掛重物和木塊先一起做勻加直線運(yùn)動，當(dāng)懸掛重物著地后，木塊做減速直線運(yùn)動，根據(jù)動能定理可得，，聯(lián)立解得，即，代入 數(shù)值可得。 5．【答案】(1)1.015 (2)C (3)偏大 【解析】(1)用游標(biāo)卡尺測量遮光條的寬度d＝1cm+0.05mm×3＝1.015cm。 (2)木塊運(yùn)動到A處的速度大小，，當(dāng)木塊運(yùn)動到B處時的速度大小，；v22＝v12+2ax可得，即，因光電門B固定，則?t2為定值，可知圖象C正確。 (3)由圖象可知，，則；又，解得；若

22、考慮空氣阻力，則測得的加速度偏小，則k值偏小，求出的動摩擦因數(shù)偏大。 6．【答案】(1)6.75 (3)5.0(4.7～5.1均可) 0.50(0.47～0.51均可) 【解析】(1)游標(biāo)卡尺的讀數(shù)為6 mm＋0.05×15 mm＝6.75 mm。 (3)由勻變速直線運(yùn)動規(guī)律有v2＝2ax，圖象的斜率k＝2a，所以a＝。根據(jù)圖象求得斜率k＝10.0 m/s2，所以物塊在桌面上運(yùn)動的加速度大小a＝5.0 m/s2；根據(jù)牛頓第二定律有μmg＝ma，所以μ＝0.50。 7．【答案】(1)BD (2)0.88 (3)A 【解析】(1)由圖可知，小車的加速度是砝碼盤的加速度

23、大小的2倍，故A錯誤；小車相連的輕繩與長木板一定要平行，保證拉力沿著木板方向，故B正確；實(shí)驗(yàn)過程中，砝碼向下加速運(yùn)動，處于失重狀態(tài)，故彈簧測力計(jì)的讀數(shù)小于砝碼和砝碼盤總重力的一半，故C錯誤；由于小車的拉力等于彈簧測力計(jì)的示數(shù)F，不等于砝碼的重力，故不需要砝碼和砝碼盤的總質(zhì)量應(yīng)遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量的條件，故D正確。 (2)相鄰兩個計(jì)數(shù)點(diǎn)之間的時間間隔T＝5×0.02＝0.1s，則m/s2。 (3)由題意可知，小車的加速度a與彈簧測力計(jì)的示數(shù)F的關(guān)系應(yīng)該是成正比，即為過原點(diǎn)的一條傾斜直線，故A符合。 8．【答案】(3) (4) a－m (5)3.0 1.0 【解析】(3)由很短時間內(nèi)的平均速度近似等于瞬時速度可知，；由勻變速直線運(yùn)動的速度位移公式得： ，解得：。 (4)由牛頓第二定律得：，解得：，所以應(yīng)作出a－m的圖象。 (5)圖象斜率為：，截距為：，聯(lián)立解得：mA＝3.0 kg，mB＝1.0 kg。 11