2023届高考物理一轮复习知识点精讲与2022高考题模考题训练专题17验证牛顿运动定律实验(含详解).pdf
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1、2023高考一轮知识点精讲和最新高考题模拟题同步训练第三章相互作用专题1 7 验证牛顿运动定律实验第一部分知识点精讲一 基本原理与操作原理装置图操作要领探究方细 绳4空 打点计时器%带一端有定滑轮的长木板法 一 控 制 变量法(1)平衡:必须平衡摩擦力(改变小车或重物质量,无需重新平衡摩擦力)(2)质量:重物的总质量远小于小车质量(若使用力传感器,或以小车与重物的系统为研究对象无需满足此要求)要测量的物理量小车与其上磋码的总质量(天平)小车受到的拉力(约等于重物的重力)小车的加速度(根据纸带用逐差法或根据光电门数据计算加速度)(4)其他:细绳与长木板平行;小车从靠近打点计时器的位置释放,在到达
2、定滑轮前按住小车,实验时先接通电源,后释放小车二、数据处理和实验结论1.探究加速度与力的关系根据多组3,户)数据作出a-F图象。O/若图象是一条过原点的直线,可 判 断 几(2)实际情况分析图象解析式为a=E 而 mg.可见连接数据点和坐标系原点的直线斜率为备。若M为定值,则随着机的增大,此 斜 率 会 减 小,当,”不再远小于M时,图象向下弯曲。“g=0时,小车具有非零的加速度小这说明平衡摩擦力过度。/g=0时,a=0;时,aWO。这说明摩擦力被平衡。当mg增大到某值时,小车才具有非零的加速度a,这说明平衡摩擦力不足或没有平衡摩擦力。2.探究加速度与质量的关系根据多组(a,数据作出a-M和a
3、-古 图象。图 象 是 一 条 过 原 点 的 直 线,可判断a(XM。(2)实际情况分析图象解析式为。=个 上.1+罟可见连接数据点和坐标系原点的直线斜率为mg若机为定值,则随 着M的减小,此斜率会减小,当M不再远大于机时,图象向下弯曲。土M无限增大时,小车具有非零的加速度a,这说明平衡摩擦力过度。M无限增大时,a无限减小;M为有限值时,aWO;M为无穷大时,a=O。这说明摩擦力被平衡。当M减小到某值时,小车才具有非零的加速度a,这说明平衡摩擦力不足或没有平衡摩擦力。三 注 意 事 项 及 误 差 分 析1.平衡摩擦力时不要挂小盘(FT=O),但应连着纸带且接通电源。用手给小车一个初速度,若
4、 小 车匀速下滑,即打出的纸带点迹均匀,则表明小车与木板间的摩擦力跟它的重力沿木板斜面方向的分力平衡,即Mgsin 6=ftMg cos化 简 得=t an由此可见,实验过程中只需平衡一次摩擦力,且垫块的位置确定以后不能移动。2.平衡好摩擦力后挂上小盘。对 小 车 有F r=M a对 小 盘 有ingFrm a所 以FT=m gM+m ,.m1+Mm gm+M当时,可 近 似 认 为 后=,叫,。=翳因此本实验的实验条件为盟M。【创新领悟】实验器材的创新2aL=(y)2 F=M a 实验方法的创新实验原理的创新挂小盘时小车匀速下滑,Mg s i n 9=/+mg,取下小盘后小车加速下滑;小车所
5、受合力等于mg,方向沿斜面向下实验过程的共5个钩码,将“个钩 1 .型。码杜在轻绳右端 2 3 4 5 nnmg(M+5m nm)g=(M+5m)a,创新(1+4)mga-M+5m 一 心第二部分最新高考题精选1.(6分)(20 21新高考湖南卷)某实验小组利用图(a)所示装置探究加速度与物体所受合外力的关系。主要实验步骤如下:(1)用游标卡尺测量垫块厚度/?,示数如图(b)所示,h=c m;(2)接通气泵,将滑块轻放在气垫导轨上,调节导轨至水平;(3)在右支点下放一垫块,改变气垫导轨的倾斜角度;(4)在气垫导轨合适位置释放滑块,记录垫块个数”和滑块对应的加速度(5)在右支点下增加垫块个数(垫
6、块完全相同),重复步骤(4),记录数据如下表:根据表中数据在图(C)上描点,绘制图线。n123456(6 z/m-s-2)0.0870.1800.2600.4250.519如果表中缺少的第4 组数据是正确的,其应该是 m/s2(保留三位有效数字)。2.(9 分)(2020高考北京卷)在“探究加速度与物体受力、物体质量的关系”实验中,做如下探究:(1)为猜想加速度与质量的关系,可利用图1 所示装置进行对比实验。两小车放在水平板上,前端通过钩码牵引,后端各系一条细线,用板擦把两条细线按在桌上,使小车静止。抬起板擦,小车同时运动,一段时间后按下板擦,小车同时停下。对比两小车的位移,可知加速度与质量大
7、致成反比。关于实验条件,下列正确的是:(选填选项前的字母)。A.小车质量相同,钩码质量不同B.小车质量不同,钩码质量相同C.小车质量不同,钩码质量不同同学为了定量验证(1)中得到的初步关系,设计实验并得到小车加速度。与质量M 的 7组实验数据,如下表所示。在图2所示的坐标纸上已经描好了6组数据点,请将余下的一组数据描在坐标纸上,并 作 出 图 像。Ma/(m s 2)次数1234567a/m-s20.6 20.5 60.4 80.4 00.3 20.240.1 5M/kg0.250.290.3 30.4 00.5 00.7 11.0 0(3)在探究加速度与力的关系实验之前,需要思考如何测“力
8、请 在 图3中画出小车受力的示意图。为了简化 力 的测量,下列说法正确的是:(选填选项前的字母)。A.使小车沿倾角合适的斜面运动,小车受力可等效为只受绳的拉力B.若斜面倾角过大,小车所受合力将小于绳的拉力C.无论小车运动的加速度多大,砂和桶的重力都等于绳的拉力D.让小车的运动趋近于匀速运动,砂和桶的重力才近似等于绳的拉力图3(7分)(1)(2 0 2 0年7月浙江选考)做“探究加速度与力、质量的关系”实验时,图1甲是教材中的实验方案;图1乙是拓展方案,其实验操作步骤如下:图1(i)挂上托盘和祛码,改变木板的倾角,使质量为M的小车拖着纸带沿木板匀速下滑;(i i)取下托盘和祛码,测出其总质量为,
9、让小车沿木板下滑,测出加速度(iii)改变祛码质量和木板倾角,多次测量,通过作图可得到。一尸的关系。实验获得如图2所示的纸带,计数点。、b、c、d、e、/间均有四个点未画出,则在打d点时小车的速度大小1=m/s(保留两位有效数字);2 b q:f啊1咿 岬nun卿啊啊啊而啊聊啊图229 30 31 32 33 34 35 36 37 38 cm需要满足条件Mm的方案是(选填“甲”、乙”或 甲和乙”);在作。一尸图象时,把 9作为产值的是 (选 填“甲”、“乙”或“甲和乙”)。4.(2018年11月浙江选考物理)在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中,两个相同的小车放在光滑水平板上,前段各系一
10、条细绳,绳的另一端跨过定滑轮各挂一个小盘,盘中可放重物。小车的停和动通过用黑板擦按住小车后的细线和抬起来控制,如 图1所示。实验要求小盘和重物所受的重力近似等于使小车做匀加速直线运动的力。第17题图1第17题图22中臂送之处:o调整好装置后,在某次实验中测得两小车的位移分别是为和X 2,则两车的加速度之比为_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _第三部分最新模拟题精选1.(2 0 2 2 山东四县区质检)某同学进行“探究加速度与物体受力、质量的关系”的实验,将实验器材按图甲所示安装。己知打点计时器的工作频率为5 0 H z,请完成下列相关内容:(1)该同学在进行平衡摩擦力的操
11、作时,将木板垫高后,在不挂小吊盘(含祛码)的情况下,轻推小车,让小车拖着纸带运动,得到如图乙所示的纸带,则该同学平衡摩擦力时木板的倾角(选 填“过大”、“过小”或“适中”);下列说法正确的是A.连接小吊盘和小车的细线应跟长木板保持平行B.每次改变小车的质量后要重新平衡摩擦力C.必须保证小车及车中祛码的总质量远小于小吊盘和盘中祛码的总质量(3)该同学按步骤(1)操作后,保持小车质量不变,通过改变小吊盘中祛码的质量来改变小车受到的合外力,得到了多组数据,实验中得到如图丙所示的一条纸带,4、8、C、。、E、F、G为计数点,相邻计数点之间还有四个点未画出,测得x i =1.7 8 c m,X2=2.6
12、 2 c m,X3=3.4 0 c m,X4=4.19c m,X5=5.0 3 c m,X6=5.8 2 c m,根据以上数据,可求出小车的加速度大小。=m/s2 (结果保留两位有效数字)2.(2 0 2 2 河北石家庄三模)某小组在做“探究加速度与力的关系”实验时,为了测出滑块的加速度,进行如下操作:(1)如图甲所示,在气垫导轨上安装一个光电门并调节气垫导轨水平,滑块上固定一宽度6.0 m m 的遮光条。实验时,将滑块从A位置由静止释放,滑块在钩码带动下加速运动,由数字计时器测得遮光条通过光电门的挡光时间Z =5.0 x 10%,A位置与光电门间的距离A =0.6 m,则滑块的加速度大小为
13、m/s2;(计算结果保留两位有效数字)(2)-同学将具有加速度测量功能的智能手机固定在甲图中的滑块上,拆除光电门,其它条件不变,将滑块由静止释放,在智能手机上得到了加速度。随时间f 变化的图像,如图乙所示,智能手机测得的加速度大(3)在(1)和(2)中测得的加速度大小有明显差异,主要原因是。【参考答案】.1.2 .0.8 0.滑块上放置了智能手机,系统的质量增加,在所受合外力不变条件下,由牛顿第二定律可知加速度减小【名师解析】(1)口 滑块通过光电门的速度为v=0 _ =W W;m/s =i.2 m/s已知A位置与光电门间的距离乙=0.6 m,根据t 5.0 x 10-3v2=2aL解得a =
14、1.2 m/s2(2)2 由图乙可知,用智能手机测得的加速度大小为0.8 0 m/s 2;(3)3 在(1)和(2)中测得的加速度大小有明显差异,主要原因是滑块上放置了智能手机,系统的质量增加,在所受合外力不变条件下,由牛顿第二定律可知加速度减小。3.(2 0 2 2 湖北武汉武昌区5月模拟)某同学利用“探究加速度与物体受力的关系”的气垫调节气垫导轨下面的螺母,使气垫导轨水平并做好验证;用天平测量滑行器和挡光片的总质量M、牵引祛码的质量?,用游标卡尺测量挡光片的宽度D,用米尺测量两光电门中心之间的距离x:按图甲装配器材,调整轻滑轮,使不可伸长且质量可以忽略的细线与导轨平行;接通气垫导轨的气源,
15、让滑行器从光电门G i 的右侧由静止释放,用数字毫秒计分别测出挡光片经过光电门G i 和光电门G 2 的挡光时间刀和 力 求出滑行器的加速度多次重复步骤,求出。的平均值Z;根据上述实验数据求出当地重力加速度g。(1)测量挡光片宽度。时,游标卡尺(主尺的最小分度为1 m m)的示数如图乙所示,其读数为 m m ;(2)滑行器的加速度a 可用。、X、。和 表 示 为 a=:(3)当地重力加速度g可用M、,、表示为g=。4.(2022天津河西区二模)某课外兴趣小组利用如图所示的实验装置研究“加速度、力与质量的关系”。(保留两位有效数字)。abed e f中 叫 哂 叫 哂n啊 响 叫 呷!枷 啊 啊
16、 (2)保持小车所受拉力不变,改变小车29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 cm的质量M,分别测得不同质量情况下的加速度a的数据如下表所示。次数1234加速度a/(m-s-2)0.620.480.320.15(3)关于该实验,下列说法正确的是质量M/kg0.250.330.51A.实验过程中不需要满足钩码质量远小于小车质量B.若验证加速度与质量成反比,最好作a-M关系图C.用到了控制变量法5.(2022山西临汾模拟)某研究性学习小组设计了如图甲所示的装置探究物体的加速度与物体所受的合外力的关系,探究过程如下:用绕过定滑轮的细线分别连接小车和沙桶,将小车放甲在长木板上端,用
17、木块将长木板的左端垫高,使长木板有一定的倾角,反复调节沙桶中沙的质量,直到轻推小车可使小车在木板上匀速向下运动。撤去细线和沙桶,测出桶和沙的总质量?,将纸带穿过打点计时器连接在小车的上端;接通电源,释放小车,打点计时器在纸带上打点,求出小车的加速度。改变木板的倾角,重复步骤和,测得不同倾角下的质量加和加速度。,记录在表格中;以加为横坐标,。为纵坐标建立坐标系,做出图像。(1)关于实验得到。-加 图线,下列说法正确的是一。A.。一机图线是过原点的一条曲线B.a-加图线是过原点的一条直线C.a 加图线的斜率左=g(2)该小组同学在某个倾角下做实验时测得,=1 8 g,得到的纸带如图乙所示,图中各相
18、邻计数点间有四个点未画出,则由纸带可求出小车的加速度。=_m/s 2,小车的质量”=_k g (重力加速度g取9.8 m/s 2,均保留两位有效数字)。Oc m 2 3 4 5 6 7I川山山 iiiiliiiiliiiihiiihwhiiiliiiil山Z xq A B C D E F G 乙6.(2 0 2 2 陕西宝鸡陈仓区二模)如图甲所示是某研究性学习小组探究小车加速度与力关系的实验装置,长木板置于水平桌面上,一端系有沙桶的细绳通过滑轮与固定的拉力传感器相连,拉力传感器可显示绳中拉力尸的大小,改变桶中沙的质量进行多次实验。完成下列问(1)实验时,下列操作或说法正确 是A.需要用天平测出
19、沙和沙桶的总质量B.为减小误差,实验中一定要保证沙和沙桶的质量远小于小车的质量C.选用电磁打点计时器比选用电火花计时器实验误差小D.小车靠近打点计时器,先接通电源,再释放小车,打出一条纸带,同时记录拉力传感器的示数(2)实验中得到一条纸带,相邻计数点间有四个点未标出,各计数点到A点的距离如图乙所示。电源的频率为5 0Hz,则由纸带可知小车的加速度大小为 m/s2o (保留三位有效数字)(3)以拉力传感器的示数F为横坐标,以小车加速度为纵坐标,画出的。一尸图像可能正确的是7.(2 02 2河北石家庄二中模拟)某同学用如图甲所示的装置做“验证动能定理”实验,实验操作如下:标卡尺测量固定在小车上的遮
20、光片宽度如图乙所示,则遮光片的宽度d=_ _ _ _ _ m m;(2)调节长木板的倾角,将小车放在长木板靠近滑轮的一侧,砂桶用细绳跨过定滑轮挂在小车上并使细绳平行于长木板。调整砂桶内砂子的质量,使小车以某一初速度沿长木板向下运动时,通过两个光电门的时间相等。取下细绳和砂桶,用天平称得砂桶和砂的总质量为机。再将小车在靠近滑轮的位置由静止释放,小车通过光电门1和光电门2时显示的时间分别为A/i t2,已知重力加速度为g,小车与遮光片的总质量为M,两光电门间的距离为/,则小车从通过光电门1到通过光电门2的过程中,动能的增加量为,小车所受合为。若满足等式,则动能定理得以验证;(结果均用已知字母表示)
21、(3)若实验过程中,保证小车能够沿长木板下滑但不满足mm:在图乙中挂上托盘和祛码,使小车匀速向下运动,受力平衡。去掉托盘和祛码,小车所受的合外力F等于托盘和祛码的重力m g,所以需要满足条件Mm的方案是图甲。在作a-F 图像时,把 mg 作为F 值的是甲和乙。4.(2 0 1 8 年 1 1 月浙江选考物理)在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中,两个相同的小车放在光滑水平板上,前段各系一条细绳,绳的另一端跨过定滑轮各挂一个小盘,盘中可放重物。小车的停和动通过用黑板擦按住小车后的细线和抬起来控制,如 图 1 所示。实验要求小盘和重物所受的重力近似等于使小车做匀加速直线运动的2中母送之处:。调
22、整好装置后,在某次实验中测得两小车的位移分别是X I 和 X 2,则两车的加速度之比为 O【参考答案】(1)AD(2)拉小车的细线没有与木板表面不平行。力没有远远小于X 初。【命题意图】本题 考 查“探究加速度与力和质量的关系实验”。【解题思路】(2)拉小车的细线应该与木板表面平行。加没有远远小于1/由于两车都是做初速度为零的匀加速直线运动,且运动时间相同,由*=1 户,可知两车2的加速度之比等于位移之比。第三部分最新模拟题精选1.(2 0 2 2山东四县区质检)某同学进行“探究加速度与物体受力、质量的关系”的实验,将实验器材按图甲所示安装。已知打点计时器的工作频率为5 0 H z,请完成下列
23、相关内容:(1)该同学在进行平衡摩擦力的操作时,将木板垫高后,在不挂小吊盘(含祛码)的情况下,轻推小车,让小车拖着纸带运动,得到如图乙所示的纸带,则该同学平衡摩擦力时木板的倾角(选 填“过大”、“过小”或“适中”);:(2)关于本实验,下 列 说 法 正 确 的 是;(填正确答案标号)A.连接小吊盘和小车的细线应跟长木板保持平行B.每次改变小车的质量后要重新平衡摩擦力C.必须保证小车及车中祛码的总质量远小于小吊盘和盘中祛码的总质量(3)该同学按步骤(1)操作后,保持小车质量不变,通过改变小吊盘中祛码的质量来改变小车受到的合外力,得到了多组数据,实验中得到如图丙所示的一条纸带,A、B、C、D、E
24、、F、G为计数点,相邻计数点之间还有四个点未画出,测得x i =1.7 8 c m,X 2=2.6 2 c m,X 3=3.4 0 c m,X 4=4.1 9 c m,X 5=5.0 3 c m,X 6=5.8 2 c m,根据以上数据,可求出小车的加速度大小=m/s 2。(结果保留两位有效数字)一7 参考答案、A B C f)月 F G%过小.A .0.8 0【名师解析】(1)口 纸带上的间距随小车运动不断减小,说明小车在做减速运动,即平衡摩擦力不够,即平衡摩擦力时木板的倾角过小。(2)2 A.连接小吊盘和小车的细线应跟长木板保持平行,这样能够保证绳子的拉力方向和小车运动方向相同,A正确;根
25、据m g s i n(9 =机g e o s(9可知质量被约掉了,则每次改变小车质量后无需平衡摩擦力,B 错误;小车及车中祛码的总质量应远大于小吊盘和盘中跌码的总质量,c错误。(3)3 因相邻计数点之间还有四个点未画出,则T =0.1 s根据逐差法,有a =(&+%+4)-(工+炉=080m/s29T22.(2 0 2 2 河北石家庄三模)某小组在做“探究加速度与力的关系”实验时,为了测出滑块的加速度,进行如下操作:(1)如图甲所示,在气垫导轨上安装一个光电门并调节气垫导轨水平,滑块上固定一宽度d =6.0 m m 的遮光条。实验时,将滑块从A位置由静止释放,滑块在钩码带动下加速运动,由数字计
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