高考物理一轮复习精选题辑课练10实验验证牛顿第二定律.doc
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1、1 / 12【2019【2019 最新最新】精选高考物理一轮复习精选题辑课练精选高考物理一轮复习精选题辑课练 1010 实验实验验证牛顿第二定律验证牛顿第二定律1.研究性学习小组的同学欲探究小车质量不变时其加速度与力的关系,该小组在实验室设计了一套如图甲所示的装置,图中 A 为小车,B 为打点计时器,C 为力传感器(测绳子的拉力),P 为小桶(内有砂子),M 是一端带有定滑轮的水平放置的足够长的木板不计绳子与滑轮间的摩擦图甲 图乙 (1)要顺利完成该实验,除图中实验仪器和低压交流电源(含导 线)外,还需要的实验仪器是_(填“刻度尺” 、 “天平”或 “秒表”) (2)平衡摩擦力后再按上述方案做
2、实验,是否要求小桶和砂子的 总质量远小于小车的质量?_(填“是”或“否”) (3)已知交流电源的频率为 50 Hz,某次实验得到的纸带如图乙 所示,图中相邻两计数点之间还有 4 个点未画出,由该纸带可求得 小车的加速度 a_m/s2.(结果保留 2 位有效数字) 答案:(1)刻度尺 (2)否 (3)0.90 解析:(2)因为力传感器可测得小车受到的拉力,故不需要再保 证实验中小桶和砂子的总质量远小于小车的质量的条件;(3)根据逐 差法可求得结果 2如图所示,在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中, 某同学保持木板水平,调节托盘和重物的总重量,使小车能拖动纸 带沿木板匀速运动,记下此时托盘和重
3、物的总质量 m0、小车的总质 量 M.已知重力加速度为 g. (1)在探究加速度与力的关系时,若测得托盘和重物的总质量为 m(mM),则可知小车所受的合外力为_;当改变托盘和重物 的总质量重做实验时,_(填“需要”或“不需要”)重新平 衡摩擦力 (2)在探究加速度与质量的关系时,当改变小车的总质量时,2 / 12_(填“需要”或“不需要”)重新平衡摩擦力 答案:(1)(mm0)g 不需要 (2)需要 解析:(1)此题用总质量为 m0 的托盘和重物平衡摩擦力,则小 车所受的合外力为(mm0)g;当改变托盘和重物的总质量做实验时, 不需要重新平衡摩擦力 (2)在探究加速度与质量的关系时,当改变小车
4、的总质量时,小 车所受的摩擦力改变,需要重新平衡摩擦力 3在探究物体的加速度与物体所受外力、物体质量间的关系时, 采用如图所示的实验装置小车及车中砝码的总质量用 M 表示,盘 及盘中砝码的总质量用 m 表示 (1)当 M 与 m 的大小关系满足_时,才可以认为绳子对小 车的拉力大小等于盘和砝码的总重力 (2)某一组同学先保持盘及盘中砝码的总质量 m 一定来做实验, 其具体操作步骤如下,以下做法正确的是( ) A平衡摩擦力时,应将盘及盘中砝码用细绳通过定滑轮系在小 车上 B每次改变小车的质量时,不需要重新平衡摩擦力 C实验时,先放开小车,再接通打点计时器的电源 D用天平测出 m 以及小车和车中砝
5、码的总质量 M,小车运动的 加速度可直接用公式 a求出 (3) 另两组同学保持小车及车中砝码的总质量 M 一定,探究加速度 a 与所受外力 F 的关系,由于他们操作不当,这两组同学得到的 aF 关系图象分别如图甲和图乙所示,其原因分别是: 图甲: _ _; 图乙: _ _. 答案:(1)mM (2)B (3)不满足 mM 没有平衡摩擦力或平 衡摩擦力时倾角过小 解析:(1)在实验中,整体的加速度 a,只有当 mM 时,小车 所受的拉力才可以认为等于盘和砝码的总重力 (2)平衡摩擦力时,应将绳从小车上拿去,轻轻推动小车,使小 车沿木板运动,通过打点计时器打出来的纸带判断小车是否匀速运 动,故 A
6、 错误;每次改变小车的质量时,小车的重力沿斜面分力和 摩擦力仍能抵消,不需要重新平衡摩擦力,故 B 正确;实验时,若3 / 12先放开小车,再接通打点计时器电源,由于小车运动较快,可能会 使打出来的点很少,不利于数据的采集和处理,故 C 错误;用天平 测出 m 以及 M,直接用公式 a求出,这是在直接运用牛顿第二定律 进行计算,我们应利用打点计时器打出来的纸带计算加速度,故 D 错误 (3)图甲中 aF 图象发生弯曲,这是由于没有保证小车及车中 砝码的总质量远大于盘及盘中砝码的总质量造成的图乙中直线没 过原点,当 F0 时,a0,也就是说当绳子上有拉力时小车的加速 度还为 0,说明该组同学实验
7、操作中遗漏了平衡摩擦力或平衡摩擦 力时倾角过小 4学习了传感器之后,在“研究小车加速度与所受合外力的关 系”实验中,甲、乙两实验小组引进“位移传感器” 、 “力传感器” , 分别用如图(a)、(b)所示的实验装置做实验,重物通过细线跨过滑 轮拉相同质量的小车,位移传感器 B 随小车一起沿水平轨道运动, 位移传感器 A 固定在轨道一端在运动过程中位移传感器 B 发出信 号,位移传感器 A 接收信号且显示小车运动的位移甲组实验中把 重物的重力作为拉力 F,乙组直接用力传感器测得拉力 F,改变重物 的重力重复实验多次,记录多组数据,并画出 aF 图象 (1)甲组实验把重物的重力作为拉力 F 的条件是
8、 _ _. (2)图(c)中符合甲组同学作出的实验图象的是_;符合 乙组同学作出的实验图象的是_ 答案:(1)小车的质量远大于重物的质量 (2) 解析:(1)甲组实验把重物的重力作为拉力 F 的条件是小车的质 量远大于重物的质量 (2)由于甲组实验把重物的重力作为拉力 F,当重物的质量增大 到一定数值后图线将偏离直线,向下弯曲,所以图(c)中符合甲组同 学作出的实验图象的是;符合乙组同学作出的实验图象的是. 5某实验小组利用如图甲所示的气垫导轨实验装置来探究合力 一定时物体的加速度与质量之间的关系 甲 乙 (1)做实验时,将滑块从图甲所示位置由静止释放,由数字计时 器(图中未画出)可读出遮光条
9、通过光电门 1、2 的时间分别为 t1、t2;用刻度尺测得两个光电门中心之间的距离 x,用游标 卡尺测得遮光条宽度 d.则滑块经过光电门 1 时的速度表达式 v1_;滑块加速度的表达式 a_(以上表达式均用4 / 12已知字母表示)如图乙所示,若用 20 分度的游标卡尺测量遮光条 的宽度,其读数为_ mm. (2)为了保持滑块所受的合力不变,可改变滑块质量 M 和气垫导 轨右端高度 h(见图甲)关于“改变滑块质量 M 和气垫导轨右端的 高度 h”的正确操作方法是_(填选项字母) AM 增大时,h 增大,以保持二者乘积增大 BM 增大时,h 减小,以保持二者乘积不变 CM 减小时,h 增大,以保
10、持二者乘积不变 DM 减小时,h 减小,以保持二者乘积减小 答案:(1) 8.15 (2)BC 解析:(2)气垫导轨上滑块沿导轨下滑,重力沿导轨方向的分力 Mgsin 等于合力,而 Mgsin,为了保持滑块所受的合力不变, 可改变滑块质量 M 和气垫导轨右端高度 h,M 增大时,h 减小,以保 持二者乘积不变;M 减小时,h 增大,以保持二者乘积不变选项 B、C 正确 6用如图所示装置做验证牛顿第二定律的实验现已提供了小 车、一端附有定滑轮的长木板、纸带、细线、砝码、砂和砂桶、刻 度尺、天平、导线 (1)实验中将砂和砂桶总重力大小作为细线拉力的大小,从而在 实验中产生了系统误差,为尽量减小该系
11、统误差,可以让砂和砂桶 总质量_小车质量(选填“大于” 、 “远大于” 、 “小于” 、 “远小 于”或“等于”) (2)实验中,先调节长木板一端滑轮的高度,使细线与长木板平 行,接下来将长木板的一端垫起适当的高度,让小车连着已经穿过 打点计时器的纸带,撤去砂和砂桶,给打点计时器通电,轻推小车, 小车做匀速运动这样做的目的是_,从而使细线对 小车的拉力等于小车所受的合外力 答案:(1)远小于 (2)平衡摩擦力 解析:(1)为了减小系统误差,砂和砂桶总质量应远小于小车质 量(2)平衡摩擦力后,细线对小车的拉力等于小车所受的合外力 7利用力传感器研究加速度与合外力的关系,实验装置如图 甲 (1)下
12、列关于该实验的说法错误的是_ A做实验之前必须平衡摩擦力 B小车的质量必须比所挂钩码的质量大得多 C应调节定滑轮的高度使细线与木板平行 D实验开始的时候,小车最好距离打点计时器远一点 (2)从实验中挑选一条点迹清晰的纸带,每 5 个点取一个计数点,5 / 12用刻度尺测量计数点间的距离,如图乙所示已知打点计时器所用 电源的频率为 50 Hz. 从图乙中所给的刻度尺上读出 A、B 两点间的距离 s1_cm;该小车的加速度 a_m/s2.(计算结果保 留两位有效数字) (3)实验中纸带的_(填“左”或“右”)端与小车相连 接 答案:(1)BD (2)0.70 0.20 (3)左 解析:(1)做实验
13、之前必须平衡摩擦力,消除摩擦力对实验的影 响,故 A 正确;利用力传感器研究加速度与合外力的关系,不需要 满足小车的质量比所挂钩码的质量大得多这一条件,B 错误;在实 验之前,应调节定滑轮的高度使细线与木板平行,才能使加速度的 方向与细线的拉力的方向相同,C 正确;实验开始的时候,小车最 好距离打点计时器近一些,使纸带的使用率更高,D 错误(2)A 点 的读数为 1.00 cm,B 点的读数为 1.70 cm,所以 A、B 两点间的距 离 s11.70 cm1.00 cm0.70 cm;小车的加速度 a m/s20.20 m/s2.(3)小车做加速运动,相等时间内的位移越来越大, 所以小车与纸
14、带的左端相连 8在“探究加速度与质量的关系”的实验中 (1)备有器材:A.带有定滑轮的长木板;B.电磁打点计时器、低 压交流电源、纸带;C.细绳、小车、砝码;D.装有细砂的砂桶;E. 垫片;F.毫米刻度尺还缺少的一件器材是_ (2)实验得到如图(a)所示的一条纸带,相邻两计数点的时间间 隔为 T;B、C 间距 s2 和 D、E 间距 s4 已测出,利用这两段间距计算 小车加速度 a 的表达式为 a_. (3)同学甲根据实验数据画出如图(b)所示 a图线,从图线可 得砂和砂桶的总质量为_kg.(g 取 10 m/s2) (4)同学乙根据实验数据画出了图(c)所示图线,从图线可知同 学乙操作过程中
15、可能 _ _ 答案:(1)天平 (2) (3)0.020(0.0180.022 均正确) (4) 未平衡摩擦力或平衡摩擦力不足 解析:(1)本题需要用天平测量小车的质量,所以还缺少的器材 是天平(2)根据逐差法得 s4s22aT2,解得 a.(3)根据牛顿第 二定律可知,a,则 F 即为 a图象的斜率,所以砂和砂桶的总重 力 mgF N0.20 N,解得 m0.020 kg.(4)由题图(c)可知, 图线不通过坐标原点,当 F 为某一大于零的值时,加速度为零,可6 / 12知未平衡摩擦力或平衡摩擦力不足 9(2018山东枣庄模拟)(1)某位同学用图 1 所示实验装置做 验证牛顿第二定律实验,实
16、验前必须进行的操作步骤是 _ _ (2)正确操作后通过测量,作出 aF 图线,如图 2 中的实线所 示,则图线上部弯曲的原因是 _ _ _ _. (3)打点计时器使用的交流电频率 f50 Hz,如图 3 是某同学 在正确操作下获得的一条纸带,其中 A、B、C、D、E 每两点之间还 有 4 个点没有标出,写出用 s1、s2、s3、s4 以及 f 来表示小车加速 度的计算式:a_;根据纸带所提供的数据,计算可得小车 的加速度大小为_m/s2(结果保留两位有效数字) 答案:(1)平衡摩擦力 (2)没有满足小车质量远大于砂和砂桶 的总质量 (3)f2 0.60 解析:(1)小车质量 M 一定时,其加速
17、度 a 与合力 F 成正比,而 小车与木板之间若存在摩擦力,就不能用绳子的拉力代替合力,所 以在做实验前必须要先平衡摩擦力(2)随着合力 F 的增大,砂和砂 桶的总质量越来越大,最后出现了不满足砂和砂桶的总质量远小于 小车质量的情况,因此 aF 图线出现了上部弯曲的现象(3)由题 意可知,两计数点之间的时间间隔为 T50.1 s,由逐差法可 得 af2,代入数据解得 a0.60 m/s2.刷题加餐练刷题加餐练1. (2016新课标全国卷)某物理课外小组利用图(a)中的装置探 究物体加速度与其所受合外力之间的关系图中,置于实验台上的 长木板水平放置,其右端固定一轻滑轮;轻绳跨过滑轮,一端与放 在
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