2019年高考物理一輪復習 3-3實驗 驗證牛頓運動定律同步檢測試題.doc

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2019年高考物理一輪復習 3-3實驗 驗證牛頓運動定律同步檢測試題 1．關于驗證牛頓第二定律的實驗，下列說法中符合實際的是(　　) A．通過對同時改變小車的質量m及受到的拉力F的研究，能歸納出加速度、力、質量三者之間的關系 B．通過對保持小車質量不變，只改變小車的拉力的研究，就可以歸納出加速度、力、質量三者之間的關系 C．通過對保持小車受力不變，只改變小車質量的研究，就可以得出加速度、力、質量三者之間的關系 D．先不改變小車質量，研究加速度與力的關系；再不改變力，研究加速度與質量的關系，最后歸納出加速度、力、質量三者之間的關系 解析：由于實驗中有三個量同時變化，在研究過程中采用控制變量法，通過對保持小車質量不變，只改變小車的拉力的研究，可以歸納出加速度、力二者之間的關系，再通過對保持小車受力不變，只改變小車質量的研究，可以得出加速度、質量二者之間的關系，所以D項正確． 答案：D 圖11－1 2．[xx安徽卷]圖11－1為“驗證牛頓第二定律”的實驗裝置示意圖．砂和砂桶的總質量為m，小車和砝碼的總質量為M.實驗中用砂和砂桶總重力的大小作為細線對小車拉力的大?。? (1)實驗中，為了使細線對小車的拉力等于小車所受的合外力，先調節(jié)長木板一端滑輪的高度，使細線與長木板平行．接下來還需要進行的一項操作是__________． A．將長木板水平放置，讓小車連著已經(jīng)穿過打點計時器的紙帶，給打點計時器通電，調節(jié)m的大小，使小車在砂和砂桶的牽引下運動．從打出的紙帶判斷小車是否做勻速運動． B．將長木板的一端墊起適當?shù)母叨龋屝≤囘B著已經(jīng)穿過打點計時器的紙帶，撤去砂和砂桶，給打點計時器通電，輕推小車，從打出的紙帶判斷小車是否做勻速運動． C．將長木板的一端墊起適當?shù)母叨?，撤去紙帶以及砂和砂桶，輕推小車，觀察判斷小車是否做勻速運動． (2)實驗中要進行質量m和M的選取，以下最合理的一組是__________． A．M＝200 g，m＝10 g、15 g、20 g、25 g、30 g、40 g B．M＝200 g，m＝20 g、40 g、60 g、80 g、100 g、120 g C．M＝400 g，m＝10 g、15 g、20 g、25 g、30 g、40 g D．M＝400 g，m＝20 g、40g、60 g、80 g、100 g、120 g (3)圖11－2是實驗中得到的一條紙帶，A、B、C、D、E、F、G為7個相鄰的計數(shù)點，相鄰的兩個計數(shù)點之間還有四個點未畫出．量出相鄰的計數(shù)點之間的距離分別為：sAB＝4.22 cm、sBC＝4.65 cm、sCD＝5.08 cm、sDE＝5.49 cm、sEF＝5.91 cm，sFG＝6.34 cm.已知打點計時器的工作頻率為50 Hz，則小車的加速度a＝__________ m/s2(結果保留2位有效數(shù)字)． 圖11－2 解析：(1)小車在運動過程中受到重力、支持力、紙帶的拉力．木板對小車的摩擦力和細線拉力的作用．為了使細線對小車的拉力等于小車所受的合力，因此應把木板的一端墊起適當?shù)母叨龋允怪亓?、支持力、紙帶的拉力和摩擦力的合力為零，即小車做勻速運動，因此在進行這一操作時，不應掛砂桶，小車應連接紙帶，A、C項錯誤，B項正確． (2)由于繩子的拉力不易測量，本實驗中砂和砂桶的總重力來代替繩的拉力，而砂桶做加速運動，設加速度大小為a，則T＝m(g－a)，當砂桶的加速度很小時，T近似等于mg，因此實驗中應控制實驗條件，使砂桶的加速度很?。挥挟斝≤嚨馁|量遠大于砂和砂桶的總質量時，小車和砂桶的加速度才很小，繩的拉力才近似等于砂和砂桶的總重力，C項正確． (3)相鄰兩計數(shù)點間的時間T＝0.1 s，由Δx＝aT2可得a＝，代入數(shù)據(jù)解得a＝0.42 m/s2. 答案：(1)B　(2)C　(3)0.42 B組　能力提升 3．[xx江蘇省淮安市楚州中學測試]用如圖11－3甲所示裝置做“探究物體的加速度跟力的關系”的實驗．實驗時保持小車的質量M(含車中的鉤碼)不變，用在繩的下端掛的鉤碼的總重力mg作為小車受到的合力，用打點計時器和小車后端拖動的紙帶測出小車運動的加速度． 甲 乙 　丙 圖11－3 (1)實驗時繩的下端先不掛鉤碼，反復調整墊木的左右位置，直到小車做勻速直線運動，這樣做的目的是__________________________． (2)圖11－3乙為實驗中打出的一條紙帶的一部分，從比較清晰的點跡起，在紙帶上標出了連續(xù)的5個計數(shù)點A、B、C、D、E，相鄰兩個計數(shù)點之間都有4個點跡沒有標出，測出各計數(shù)點到A點之間的距離，如圖乙所示．已知打點計時器接在頻率為50 Hz的交流電源兩端，則此次實驗中小車運動的加速度的測量值a＝________ m/s2.(結果保留兩位有效數(shù)字) (3)通過增加繩的下端掛的鉤碼的個數(shù)來改變小車所受的拉力F，得到小車的加速度a與拉力F的數(shù)據(jù)，畫出aF圖線后，發(fā)現(xiàn)當F較大時，圖線發(fā)生了如圖丙所示的彎曲．該同學經(jīng)過思考后將實驗方案改變?yōu)橛眯≤囍械你^碼掛在繩的下端來增加鉤碼的個數(shù)和外力．那么關于該同學的修正方案，下列說法正確的是________．(寫選項字母) A．該修正方案可以避免aF圖線的末端發(fā)生彎曲 B．該修正方案要避免aF圖線的末端發(fā)生彎曲的條件是M?m C．該修正方案畫出的aF圖線的斜率為 D．該修正方案畫出的aF圖線的斜率為 答案：(1) 平衡小車運動中所受的摩擦阻力 (2) 0.99或1.0　(3)AD 4．[xx四川省成都外國語學校月考]如圖11－4所示的實驗裝置可以驗證牛頓運動定律，小車上固定一個盒子，盒子內盛有砂子，砂桶的總質量(包括桶以及桶內砂子質量)記為m，小車的總質量(包括小車、盒子及盒內砂子質量)記為M. 圖11－4 (1)驗證在質量不變的情況下，加速度與合外力成正比：從盒子中取出一些砂子，裝入砂桶中，稱量并記錄砂桶的總重力mg，將該力視為合外力F，對應的加速度a則從打下的紙帶上計算得出．多次改變合外力F的大小，每次都會得到一個相應的加速度．本次實驗中，桶內的砂子取自小車中，故系統(tǒng)的總質量不變．以合外力F為橫軸，以加速度a為縱軸，畫出aF圖象，圖象是一條過原點的直線． ①aF圖線斜率的物理意義是___________________________． ②你認為把砂桶的總重力mg當做合外力F是否合理？答：________.(填“合理”或“不合理”); ③本次實驗中，是否應該滿足M?m這樣的條件？答：________(填“是”或“否”)； 理由是________________________________________________． (2)驗證在合外力不變的情況下，加速度與質量成反比：保持桶內砂子質量m不變，在盒子內添加或去掉一些砂子，驗證加速度與質量的關系．本次實驗中，桶內的砂子總質量不變，故系統(tǒng)所受的合外力不變．用圖象法處理數(shù)據(jù)時，以加速度a為縱軸，應該以________的倒數(shù)為橫軸． 解析：(1)將車內的砂子轉移到桶中，就保證了M＋m不變，即系統(tǒng)的總質量不變，研究對象是整個系統(tǒng)，a＝＝，可見aF圖象斜率的物理意義是.系統(tǒng)的合外力就等于所懸掛砂桶的重力mg，不必滿足M?m這樣的條件． (2)向小車內添加或去掉部分砂子，是改變系統(tǒng)的總質量M＋m，而系統(tǒng)的合外力仍等于所懸掛砂桶的重力mg，保證了合外力不變．所以用圖象法處理數(shù)據(jù)時，以加速度a為縱軸，應該以M＋m倒數(shù)為橫軸． 答案：(1)①?、诤侠怼、鄯瘢驗閷嶒灥难芯繉ο笫钦麄€系統(tǒng)，系統(tǒng)受到的合外力就等于mg (2)M＋m C組　難點突破 5．[xx山東省煙臺萊州一中階段測試]某探究性學習小組欲探究光滑斜面上物體的加速度與物體質量及斜面傾角是否有關．實驗室提供如下器材： A．表面光滑的長木板(長度為L)， B．小車， C．質量為m的鉤碼若干個， D．方木塊(備用于墊木板)， E．米尺， F．秒表. 質量時間次數(shù) M M＋m M＋2m 1 1.42 1.41 1.42 2 1.40 1.42 1.39 3 1.41 1.38 1.42 實驗過程： 第一步，在保持斜面傾角不變時，探究加速度與質量的關系．實驗中，通過向小車放入鉤碼來改變物體質量，只要測出小車由斜面頂端滑至底端所用時間t，就可以由公式a＝________求出a.某同學記錄了數(shù)據(jù)如上表所示：根據(jù)以上信息，我們發(fā)現(xiàn)，在實驗誤差范圍內質量改變之后平均下滑時間________(填“改變”或“不改變”)，經(jīng)過分析得出加速度與質量的關系為________． 第二步，在物體質量不變時，探究加速度與傾角的關系．實驗中通過改變方木塊墊放位置來調整長木板的傾角，由于沒有量角器，因此通過測量出木板頂端到水平面高度h，求出傾角α的正弦值sinα＝.某同學記錄了高度和加速度的對應值，并在坐標紙上建立適當?shù)淖鴺溯S后描點作圖如圖11－5，請根據(jù)他所作的圖線求出當?shù)氐闹亓铀俣萭＝________m/s2.進一步分析可知，光滑斜面上物體下滑的加速度與傾角的關系為________． 圖11－5 答案：　不改變　斜面傾角一定時，加速度與物體質量無關　10　a＝gsinα 名師心得　拱手相贈 教學積累　資源共享　 測定動摩擦因數(shù)的三種方法 1．將動摩擦因數(shù)的測量轉化為加速度的測量 當物體在水平面或斜面上做勻變速直線運動時，若能測出物體的加速度，則根據(jù)物體的受力情況和牛頓第二定律就可求出動摩擦因數(shù)． 【例1】　[xx江蘇高考]為測定木塊與桌面之間的動摩擦因數(shù)，小亮設計了如圖3－1所示的裝置進行實驗．實驗中，當木塊A位于水平桌面上的O點時，重物B剛好接觸地面．將A拉到P點，待B穩(wěn)定后靜止釋放，A最終滑到Q點．分別測量OP、OQ的長度h和s.改變h，重復上述實驗，分別記錄幾組實驗數(shù)據(jù)． 圖3－1 (1)實驗開始時，發(fā)現(xiàn)A釋放后會撞到滑輪．請?zhí)岢鰞蓚€解決方法____________________________，__________________________. (2)請根據(jù)表中的實驗數(shù)據(jù)作出sh關系的圖象. h/cm 20.0 30.0 40.0 50.0 60.0 s/cm 19.5 28.5 39.0 48.0 56.5 圖3－2 (3)實驗測得A、B的質量分別為m＝0.40 kg、M＝0.50 kg.根據(jù)sh圖象可計算出A木塊與桌面間的動摩擦因數(shù)μ＝________.(結果保留一位有效數(shù)字) (4)實驗中，滑輪軸的摩擦會導致μ的測量結果________(選填“偏大\”或“偏小\”) 解析：(1)為使A不撞到滑輪，應設法減小B落地瞬間A的速度，因而可以減小B的質量；增加細線的長度或增大A的質量；降低B的起始高度． (2)如圖3－3 圖3－3 (3)木塊由P至O過程，對A、B由牛頓第二定律得： Mg－μmg＝(M＋m)a1 又v2＝2a1h 木塊由O至Q過程，對A由牛頓第二定律得： μmg＝ma2 又：v2＝2a2s 解得：＝ 由圖象得：＝1 解得：μ＝0.4 (4)考慮到滑輪的摩擦力作用，實驗中要克服滑輪的摩擦力做功，造成實驗結果偏大． 答案：(1)減小B的質量；增加細線的長度(或增大A的質量；降低B的起始高度) (2)見解析圖　(3)0.4　(4)偏大 2．將動摩擦因數(shù)的測量轉化為角度的測量 圖3－4 如圖3－4所示，小滑塊從斜面頂點A由靜止滑至水平部分C點停止．已知斜面高為h，滑塊運動的整個水平距離為x，設滑塊在B處無機械能損失，斜面和水平面與小滑塊間的動摩擦因數(shù)相同，則由動能定理得mgh－μmgcosαx1－μmgx2＝0，即mgh－μmgx＝0，解得μ＝＝tanθ.從計算結果可以看出，只要測出θ角，就可以計算出動摩擦因數(shù)． 圖3－5 【例2】　在測定動摩擦因數(shù)的實驗中，器材是各部分材質相同的木質軌道(如圖3－5所示，其傾斜部分與水平部分平滑連接，水平部分足夠長)、小鐵塊、兩個圖釘、細線、量角器．完成下列實驗步驟： (1)使小鐵塊從軌道上A點由靜止滑下，記下小鐵塊在水平軌道上________時的位置B； (2)用圖釘把細線____________________________________________； (3)用量角器測量_____________________________________________； (4)小鐵塊與軌道間的動摩擦因數(shù)表示為________． 解析：(1)使小鐵塊從軌道上A點由靜止滑下，記下小鐵塊在水平軌道上靜止時的位置B； (2)用圖釘把細線拉緊固定在A、B兩點間； (3)用量角器測量細線與水平軌道間的夾角θ； (4)小鐵塊與軌道間的動摩擦因數(shù)表示為μ＝tanθ. 答案：見解析 3．將研究運動物體轉化為研究靜止物體 當兩個物體間存在相對滑動，且一個物體處于靜止或勻速直線運動狀態(tài)，則可應用平衡條件求出摩擦力的大小和正壓力的大小，從而求出動摩擦因數(shù)．常規(guī)方法是研究勻速直線運動的物體，但勻速直線運動的實現(xiàn)比較困難．若轉化為研究靜止的物體，則實驗效果要好得多． 【例3】　[xx長沙模擬](1)在一次課外探究活動中，某同學用如圖3－6甲所示的裝置測量放在水平光滑桌面上的鐵塊A與長金屬板B間的動摩擦因數(shù)，已測出鐵塊A的質量為1 kg，金屬板B的質量為0.5 kg.用水平力F向左拉金屬板B，使其向左運動，穩(wěn)定時彈簧測力計示數(shù)如圖所示(已放大)，則A、B間的動摩擦因數(shù)μ＝________.(g取10 m/s2) (2)將紙帶連接在金屬板B的后面，通過打點計時器連續(xù)打下一些計數(shù)點，測最后的結果如圖3－6乙所示，圖中幾個相鄰計數(shù)點的時間間隔為0.1 s．由此可知水平力F＝________ N. 甲 乙 圖3－6 解析：(1)彈簧測力計的示數(shù)為2.50 N，對A由平衡條件得Ff＝2.50 N，又有Ff＝μmAg， 解得μ＝＝＝0.25. (2)由逐差法可得 a＝ ＝ m/s2 ＝2.0 m/s2， 由牛頓第二定律得F－Ff＝mBa，解得F＝3.5 N. 答案：(1)0.25　(2)3.5