(江蘇專用)2019高考物理一輪復(fù)習(xí) 第三章 牛頓運(yùn)動(dòng)定律 課時(shí)28 實(shí)驗(yàn):探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系加練半小時(shí).docx
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28 實(shí)驗(yàn):探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系 [方法點(diǎn)撥] (1)實(shí)驗(yàn)方法:控制變量法;(2)數(shù)據(jù)處理:圖象法. 1.(2017廣東廣州測(cè)試一)為驗(yàn)證物體所受合外力一定時(shí),加速度與質(zhì)量成反比,同學(xué)們?cè)O(shè)計(jì)了如圖1中a所示的裝置來進(jìn)行實(shí)驗(yàn).在自制的雙層架子上固定帶有刻度標(biāo)記的水平木板,架子放在水平桌面上.實(shí)驗(yàn)操作步驟如下: ①適當(dāng)調(diào)整裝置,使裝置不帶滑輪的一端稍稍墊高一些. ②在兩個(gè)托盤中放入砝碼,并使兩托盤質(zhì)量(含砝碼)相同,且遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量.連接小車的細(xì)線跨過定滑輪與托盤相連. ③讓兩小車緊靠右邊的擋板,小車前端在刻度尺上的讀數(shù)如圖a所示,在甲車上放上砝碼,同時(shí)釋放兩小車,當(dāng)小車運(yùn)動(dòng)一段時(shí)間后,用手機(jī)對(duì)整個(gè)裝置進(jìn)行拍照.結(jié)合照片和小車的初始刻度標(biāo)記,得到甲、乙兩車運(yùn)動(dòng)的距離分別為s1、s2. ④在甲小車上逐漸增加砝碼個(gè)數(shù),重復(fù)步驟③. 圖1 (1)本實(shí)驗(yàn)的原理是通過驗(yàn)證小車發(fā)生的位移與小車(含砝碼)的質(zhì)量成________關(guān)系,來驗(yàn)證合外力一定時(shí)加速度與質(zhì)量成反比. (2)實(shí)驗(yàn)前將裝置右端稍稍墊高一些的目的是____________________________________ ________________________________________________________________________. (3)某次拍到的照片如圖b所示,則小車通過的位移是________ cm. (4)如果以為橫坐標(biāo),以甲車(含砝碼)的質(zhì)量為縱坐標(biāo),作出的圖線如圖c所示,則該直線斜率代表的物理量是__________________________,其大小為________. 2.為了“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”,現(xiàn)提供如圖2甲所示的實(shí)驗(yàn)裝置: 圖2 (1)以下實(shí)驗(yàn)操作正確的是________ A.將木板不帶滑輪的一端適當(dāng)墊高,使小車在砝碼及砝碼盤的牽引下恰好做勻速運(yùn)動(dòng) B.調(diào)節(jié)滑輪的高度,使細(xì)線與木板平行 C.先接通電源后釋放小車 D.實(shí)驗(yàn)中小車的加速度越大越好 (2)在實(shí)驗(yàn)中,得到一條如圖乙所示的紙帶,已知相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔為T=0.1 s,且間距x1、x2、x3、x4、x5、x6已量出分別為3.09 cm、3.43 cm、3.77 cm、4.10 cm、4.44 cm、4.77 cm,則小車的加速度a=____ m/s2(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字). (3)有一組同學(xué)保持小車及車中的砝碼質(zhì)量一定,探究加速度a與所受外力F的關(guān)系,他們?cè)谲壍浪郊皟A斜兩種情況下分別做了實(shí)驗(yàn),得到了兩條a-F圖線,如圖丙所示,圖線________是在軌道傾斜情況下得到的(填“①”或“②”);小車及車中砝碼的總質(zhì)量m=________ kg. 3.(2018遼寧沈陽九中月考)用圖3甲所示裝置“探究小車加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”.請(qǐng)思考并完成相關(guān)內(nèi)容: 圖3 (1)實(shí)驗(yàn)時(shí),為平衡摩擦力,以下操作正確的是________. A.連著砂桶,適當(dāng)調(diào)整木板右端的高度,直到小車被輕推后沿木板勻速運(yùn)動(dòng) B.取下砂桶,適當(dāng)調(diào)整木板右端的高度,直到小車被輕推后沿木板勻速運(yùn)動(dòng) C.取下砂桶,適當(dāng)調(diào)整木板右端的高度,直到小車緩慢沿木板做直線運(yùn)動(dòng) (2)圖乙是實(shí)驗(yàn)中得到的一條紙帶,已知相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間還有四個(gè)點(diǎn)未畫出,打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所用電源頻率為50 Hz,由此可求出小車的加速度a=________ m/s2(計(jì)算結(jié)果保留三位有效數(shù)字). (3)一組同學(xué)在保持木板水平時(shí),研究小車質(zhì)量一定的情況下加速度a與合外力F的關(guān)系,得到如圖丙中①所示的a-F圖線.則小車運(yùn)動(dòng)時(shí)受到的摩擦力Ff=______ N,小車質(zhì)量M=________ kg.若該小組正確完成了步驟(1),得到的a-F圖線應(yīng)該是圖丙中的________(填“②”“③”或“④”). 4.某探究性學(xué)習(xí)小組利用如圖4所示裝置探究光滑斜面上物體的加速度與物體質(zhì)量及斜面傾角的關(guān)系. 圖4 (1)下列實(shí)驗(yàn)方法,可以采用________. A.等效法 B.控制變量法 C.放大法 D.累積法 (2)實(shí)驗(yàn)中,通過向小車放入鉤碼來改變小車質(zhì)量,只要測(cè)出小車從長為L的斜面頂端從靜止開始滑至底端的時(shí)間t,就可以由公式a=________________求出加速度. (3)實(shí)驗(yàn)中通過改變方木塊墊放位置來調(diào)整長木板的傾角,由于沒有量角器,因此通過測(cè)量出長木板頂端到水平面的高度h,求出傾角α的正弦值sin α=.某同學(xué)記錄了高度和加速度的對(duì)應(yīng)值,并在坐標(biāo)紙上建立適當(dāng)?shù)淖鴺?biāo)系后描點(diǎn)作圖如圖5,請(qǐng)根據(jù)他所作的圖線求出當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣萭=________ m/s2. 圖5 5.為了探究加速度與力的關(guān)系,某同學(xué)設(shè)計(jì)了如圖6所示的實(shí)驗(yàn)裝置,一端帶有定滑輪的長木板水平放置,長木板上安裝兩個(gè)相距為d的光電門;放在長木板上的滑塊通過繞過定滑輪的細(xì)線與力傳感器相連,力傳感器下掛一重物.拉滑塊的細(xì)線的拉力大小F等于力傳感器的示數(shù).讓滑塊從光電門1處由靜止釋放,運(yùn)動(dòng)一段時(shí)間t后,經(jīng)過光電門2.改變重物質(zhì)量,重復(fù)以上操作,得到下表中的5組數(shù)據(jù).(取g=10 m/s2,最大靜摩擦力等于滑動(dòng)摩擦力) 圖6 次數(shù) a/(ms-2) F/N 1 1.0 0.76 2 2.0 0.99 3 3.0 1.23 4 4.0 1.50 5 5.0 1.76 (1)若測(cè)得兩光電門之間距離d=0.5 m,運(yùn)動(dòng)時(shí)間t=0.5 s,則滑塊的加速度a=________m/s2. (2)依據(jù)表中數(shù)據(jù)在圖7中畫出a-F圖象. 圖7 (3)根據(jù)圖象可得滑塊的質(zhì)量m=________kg,滑塊和長木板間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ=________. 6.(2018四川成都模擬)如圖8甲所示,一端帶有定滑輪的長木板放置在水平桌面上,靠近長木板的左端固定有一光電門,右端放置一帶有擋光片的小車,小車和擋光片的總質(zhì)量為M,細(xì)線繞過定滑輪,一端與小車相連,另一端掛有6個(gè)鉤碼,已知每個(gè)鉤碼的質(zhì)量為m,且M=4m. 圖8 (1)用游標(biāo)卡尺測(cè)出小車上的擋光片的寬度,讀數(shù)如圖乙所示,則擋光片寬度d=________ cm. (2)實(shí)驗(yàn)時(shí)為了消除摩擦力的影響,可以把木板右端適當(dāng)墊高,調(diào)節(jié)木板的傾斜度,直到使小車在________(填“受”或“不受”)細(xì)線的拉力時(shí)能沿木板做________直線運(yùn)動(dòng). (3)將小車從木板右端由靜止釋放,小車上的擋光片通過光電門的時(shí)間為t1,則小車通過光電門的速度為______(用題給字母表示). (4)開始實(shí)驗(yàn)時(shí),細(xì)線另一端掛有6個(gè)鉤碼,由靜止釋放小車后細(xì)線上的拉力為F1,接著每次實(shí)驗(yàn)時(shí)將1個(gè)鉤碼移放到小車上,當(dāng)細(xì)線掛有3個(gè)鉤碼時(shí)細(xì)線上的拉力為F2,則F1________2F2(填“大于”“等于”或“小于”). 圖9 (5)若每次移動(dòng)鉤碼后都從同一位置釋放小車,設(shè)擋光片(寬度為d,且d?L)與光電門的距離為L,細(xì)線所掛鉤碼的個(gè)數(shù)為n,測(cè)出每次擋光片通過光電門的時(shí)間為t,測(cè)出多組數(shù)據(jù),并繪出n-圖象如圖9所示,已知圖線斜率為k,則當(dāng)?shù)刂亓铀俣葹開_____(用題給字母表示). 答案精析 1.(1)反比 (2)消除小車與木板之間摩擦力造成的影響 (3)42.0 (4)小車乙的質(zhì)量m乙 0.2 kg 2.(1)BC (2)0.34 (3)① 0.5 解析 (1)平衡摩擦力就是讓小車在無拉力的作用下做勻速直線運(yùn)動(dòng),讓小車重力沿斜面的分力等于小車受到的摩擦力.所以平衡時(shí)應(yīng)為:將不帶滑輪的木板一端適當(dāng)墊高,在不連砝碼及砝碼盤的情況下使小車恰好做勻速運(yùn)動(dòng),故A錯(cuò)誤; 為了使繩子拉力代替小車受到的合力,需要調(diào)節(jié)滑輪的高度,使細(xì)線與木板平行,故B正確; 使用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器時(shí),先接通電源后釋放小車,故C正確; 實(shí)驗(yàn)中小車的加速度不是越大越好,加速度太大,紙帶打的點(diǎn)太少,不利于計(jì)算,故D錯(cuò)誤. (2)由勻變速直線運(yùn)動(dòng)的規(guī)律得: x4-x1=3aT2 x5-x2=3aT2 x6-x3=3aT2 聯(lián)立得:(x4+x5+x6)-(x1+x2+x3)=9aT2 解得:a== 10-2 m/s2≈0.34 m/s2. (3)由題圖丙可知,當(dāng)F=0時(shí),a≠0.也就是說當(dāng)繩子上沒有拉力時(shí)小車就有加速度,該同學(xué)實(shí)驗(yàn)操作中平衡摩擦力過大,即傾角過大,平衡摩擦力時(shí)木板的右端墊得過高.所以圖線①是在軌道右側(cè)抬高成為斜面情況下得到的.根據(jù)F=ma得a-F圖象的斜率k=,由題圖a-F圖象得圖象斜率k=2,所以m=0.5 kg. 3.(1)B (2)1.60 (3)0.10 0.20?、? 解析 (1)在平衡摩擦力時(shí),應(yīng)使小車所受重力沿木板斜面方向的分力等于小車所受摩擦力,所以應(yīng)該取下砂桶,輕推小車后,小車能勻速下滑,B項(xiàng)正確. (2)將所得紙帶分為等時(shí)的兩大段,由逐差公式Δx=aT2可知, 小車的加速度為: a= cm/s2≈1.60 m/s2. (3)木板水平時(shí),由牛頓第二定律F-Ff=Ma得a=F-, 結(jié)合題圖圖象可知,a=0時(shí),F(xiàn)f=F=0.10 N;當(dāng)F=0時(shí),= -0.50 m/s2,所以M=0.20 kg.無論是否平衡摩擦力,a-F圖線的斜率都等于小車質(zhì)量的倒數(shù),故正確完成實(shí)驗(yàn)步驟(1)所得到的實(shí)驗(yàn)圖線應(yīng)過原點(diǎn)且與圖線①平行,所以應(yīng)是圖線②. 4.(1)B (2) (3)9.6 解析 (1)要探究光滑斜面上物體的加速度與物體質(zhì)量及斜面傾角的關(guān)系,由于有兩個(gè)變量,可采用控制變量法,B正確. (2)小車在光滑斜面上做初速度為零的勻加速運(yùn)動(dòng),由L=at2可得a=. (3)小車在光滑斜面上運(yùn)動(dòng)時(shí),其加速度a=gsinα,a-sin α圖象的斜率表示重力加速度,得g=9.6 m/s2. 5.(1)4.0 (2)見解析圖 (3)0.25 0.2 解析 (1)根據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)公式d=at2得, a== m/s2=4.0 m/s2. (2)如圖所示 (3)根據(jù)F-μmg=ma得a=-μg,所以滑塊運(yùn)動(dòng)的加速度a和所受拉力F的關(guān)系圖象的斜率等于滑塊質(zhì)量的倒數(shù). 由圖象得加速度a和所受拉力F的關(guān)系圖象的斜率k=4,所以滑塊的質(zhì)量m=0.25 kg. 由圖象得,當(dāng)F=0.5 N時(shí),滑塊剛要開始滑動(dòng),所以滑塊與長木板間的最大靜摩擦力等于0.5 N. 而最大靜摩擦力等于滑動(dòng)摩擦力, 即μmg=0.5 N, 解得μ=0.2. 6.(1)0.520 (2)不受 勻速 (3) (4)小于 (5) 解析 (1)游標(biāo)卡尺的主尺讀數(shù)為5 mm,游標(biāo)尺讀數(shù)為0.054 mm=0.20 mm,則最終讀數(shù)為5.20 mm=0.520 cm.(2)當(dāng)小車不受細(xì)線的拉力時(shí),重力沿木板向下的分力若與摩擦力平衡,小車做勻速直線運(yùn)動(dòng).(3)極短時(shí)間內(nèi)的平均速度等于瞬時(shí)速度的大小,則小車通過光電門的速度為.(4)當(dāng)細(xì)線掛有6個(gè)鉤碼時(shí),對(duì)小車和鉤碼整體分析,a1==0.6g,對(duì)小車分析,根據(jù)牛頓第二定律得F1=Ma1=4m0.6g=2.4mg,當(dāng)細(xì)線掛有3個(gè)鉤碼時(shí),對(duì)整體分析,a2==0.3g,對(duì)小車分析,根據(jù)牛頓第二定律得F2=7ma2=2.1mg,可知F1<2F2.(5)小車通過光電門的速度v=,根據(jù)v2=2aL,得=2aL,因?yàn)閍==,代入解得n=,圖線的斜率k=,解得g=.- 1.請(qǐng)仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對(duì)于不預(yù)覽、不比對(duì)內(nèi)容而直接下載帶來的問題本站不予受理。
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