2019版高考物理一輪復(fù)習(xí)第三章牛頓運動定律第5講實驗驗證牛頓第二定律檢測28478.doc

第5講實驗：驗證牛頓第二定律基礎(chǔ)鞏固1.(2017北京朝陽一模,19)小芳同學(xué)想利用圖示裝置驗證“物體質(zhì)量一定時,其加速度與所受的合力成正比”這一結(jié)論。她先將6個相同的鉤碼全部放入小車中,在長木板左下方墊上適當(dāng)厚度的小物塊,使小車在木板上恰能勻速下滑?，F(xiàn)從小車中依次取n=1,2,3,4,5,6個鉤碼掛在細線右端,其余鉤碼仍留在小車內(nèi),并正確完成了后續(xù)的實驗操作。設(shè)小車運動的加速度大小為a。下列說法正確的是()A.該實驗中細線對小車的拉力等于所懸掛鉤碼的總重力B.利用該方案無法驗證“物體質(zhì)量一定時,其加速度與所受的合力成正比”這一結(jié)論C.該同學(xué)根據(jù)實驗數(shù)據(jù)描繪的加速度a隨n的變化圖像應(yīng)當(dāng)是一條過原點的直線D.若實驗中保持木板水平,則該同學(xué)描繪的加速度a隨n變化的圖像不是直線2.(2016北京朝陽期中,8)如圖所示,水平面光滑,繩的質(zhì)量及繩與滑輪間的摩擦可忽略不計。物體A的質(zhì)量為M,當(dāng)在繩B端掛一質(zhì)量為m的物體時,物體A的加速度大小為a1;當(dāng)在繩B端施以大小F=mg的豎直向下的拉力作用時,A的加速度大小為a2,則a1與a2的關(guān)系正確的是() A.a1=a2B.a1a2D.無法判斷3.(2018北京豐臺期末)(1)電磁打點計時器和電火花計時器統(tǒng)稱為打點計時器。其中電磁打點計時器使用時,電源要求是()A.220 V直流B.220 V交流C.46 V直流D.46 V交流(2)利用下圖裝置可以做力學(xué)中的許多實驗,以下說法正確的是()A.用此裝置“研究勻變速直線運動”時,必須設(shè)法消除小車和木板間的摩擦阻力的影響B(tài).用此裝置“研究勻變速直線運動”時,必須調(diào)整滑輪高度使連接小車的細線與木板平行C.用此裝置“探究加速度a與力F的關(guān)系”時,每次改變砂和砂桶總質(zhì)量之后,需要重新平衡摩擦力D.用此裝置“探究加速度a與力F的關(guān)系”時,應(yīng)使砂和砂桶總質(zhì)量遠小于小車的質(zhì)量(3)如圖甲所示是某同學(xué)設(shè)計的“探究加速度a與力F、質(zhì)量m的關(guān)系”的實驗裝置圖,實驗中認為細繩對小車拉力F等于砂和砂桶總重力,小車運動加速度可由紙帶求得。圖甲如圖乙所示是該同學(xué)在某次實驗中利用打點計時器打出的一條紙帶,A、B、C、D、E、F是該同學(xué)在紙帶上選取的六個計數(shù)點,相鄰計數(shù)點間有若干個點未標(biāo)出,設(shè)相鄰兩個計數(shù)點間的時間間隔為T。該同學(xué)用刻度尺測出A、C間的距離為s1,B、D間的距離為s2,則打B點時小車運動的速度vB=,小車運動的加速度a= 。圖乙某實驗小組在實驗時保持砂和砂桶總質(zhì)量不變,改變小車質(zhì)量m,分別得到小車加速度a與質(zhì)量m及對應(yīng)的1m數(shù)據(jù)如表所示。根據(jù)表中數(shù)據(jù),在圖丙坐標(biāo)紙中作出拉力F不變時a與1m關(guān)系的圖像。次數(shù)123456小車加速度a/(ms-2)1.721.491.251.000.750.50小車質(zhì)量m/kg0.290.330.400.500.711.001m/kg-13.453.032.502.001.411.00圖丙根據(jù)圖像分析,得到實驗結(jié)論:。綜合提能1.某同學(xué)利用圖(a)所示實驗裝置及數(shù)字化信息系統(tǒng)獲得了小車加速度a與鉤碼的質(zhì)量m的對應(yīng)關(guān)系圖,如圖(b)所示。實驗中小車(含發(fā)射器)的質(zhì)量為200 g,實驗時選擇了不可伸長的輕質(zhì)細繩和輕定滑輪,小車的加速度由位移傳感器及與之相連的計算機得到,回答下列問題:圖(a)圖(b)(1)根據(jù)該同學(xué)的結(jié)果,小車的加速度與鉤碼的質(zhì)量成(填“線性”或“非線性”)關(guān)系。(2)由圖(b)可知,a-m圖線不經(jīng)過原點,可能的原因是。(3)若利用本實驗裝置來驗證“在小車質(zhì)量不變的情況下,小車的加速度與作用力成正比”的結(jié)論,并直接以鉤碼所受重力mg作為小車受到的合外力,則實驗中應(yīng)采取的改進措施是。鉤碼的質(zhì)量應(yīng)滿足的條件是。2.2017北京豐臺二模,21(2)某物理興趣小組的同學(xué)用圖甲所示裝置來“驗證牛頓第二定律”。同學(xué)們在實驗中都將砂和小桶總重力的大小作為細線對小車拉力的大小,通過改變小桶中砂的質(zhì)量改變拉力。為使細線對小車的拉力等于小車所受的合外力,實驗中需要平衡摩擦力。圖甲下列器材中不必要的是(填字母代號)。 A.低壓交流電源B.停表C.天平(含砝碼)D.刻度尺下列實驗操作中,哪些是正確的(填字母代號)。A.調(diào)節(jié)滑輪的高度,使?fàn)恳≤嚨募毦€與長木板保持平行B.每次實驗,都要先放開小車,再接通打點計時器的電源C.平衡摩擦力時,將懸掛小桶的細線系在小車上D.平衡摩擦力時,讓小車后面連著已經(jīng)穿過打點計時器的紙帶圖乙是某同學(xué)實驗中獲得的一條紙帶。A、B、C為三個相鄰的計數(shù)點,若相鄰計數(shù)點之間的時間間隔為T,A、B間的距離為x1,A、C間的距離為x2,則小車的加速度a=(用字母表達)。圖乙圖丙是小剛和小芳兩位同學(xué)在保證小車質(zhì)量一定時,分別以砂和小桶的總重力mg為橫坐標(biāo),以小車運動的加速度a為縱坐標(biāo),利用各自實驗數(shù)據(jù)作出的a-mg圖像。a.由小剛的圖像可以得到實驗結(jié)論:。b.小芳與小剛的圖像有較大差異,既不過原點,又發(fā)生了彎曲,下列原因分析正確的是(填字母代號)。A.圖像不過原點,可能是平衡摩擦力時木板傾角過大B.圖像不過原點,可能是平衡摩擦力時木板傾角過小C.圖像發(fā)生彎曲,可能是砂和小桶的質(zhì)量過大D.圖像發(fā)生彎曲,可能是小車的質(zhì)量過大正確平衡摩擦力后,小組中一位同學(xué)保持砂和小桶總重力mg不變,通過在小車上增加砝碼改變小車質(zhì)量,進行實驗并得到實驗數(shù)據(jù)。處理數(shù)據(jù)時,他以小車和砝碼的總質(zhì)量M為橫坐標(biāo),1a為縱坐標(biāo),作出1a-M關(guān)系圖像,示意圖如圖丁所示,發(fā)現(xiàn)圖線在縱軸上有截距(設(shè)為b)。該同學(xué)進行思考后預(yù)測:若將砂和小桶總重力換成另一定值(m+m)g,重復(fù)上述實驗過程,再作出1a-M圖像。兩次圖像的斜率不同,但截距相同均為b。若牛頓第二定律成立,請通過推導(dǎo)說明該同學(xué)的預(yù)測是正確的。答案精解精析基礎(chǔ)鞏固1.C在該實驗中,鉤碼并不做勻速直線運動,故細線中的拉力并不等于所懸掛鉤碼的總重力,故A錯誤;在一定條件下,利用該方案可以驗證“物體質(zhì)量一定時,其加速度與所受的合力成正比”,故B錯誤;由于實驗中用鉤碼的重力代替細線中的拉力,雖然不知鉤碼具體質(zhì)量,但可以通過鉤碼數(shù)量的變化與加速度的關(guān)系,反映合外力與加速度的關(guān)系,故C正確;木板保持水平,則小車所受合力為F合=nmg-Mg=Ma,故a=nmgM-g,可知a與n的關(guān)系依然是線性的,故D錯誤。2.B當(dāng)繩B端掛質(zhì)量為m的物體時,它帶動M加速向右運動,設(shè)繩的張力為T,由牛頓第二定律得:mg-T=ma1,T=Ma1,+得:mg=(M+m)a1,a1=mgM+m;當(dāng)B端加力F=mg時,F=Ma2,a2=mgM,因此a1a2,B項正確。3.答案(1)D(2)BD(3)s12Ts2-s12T2如圖所示在合外力不變時,物體的加速度與質(zhì)量成反比。解析(1)電磁打點計時器使用46 V交流電源。(2)用此裝置“研究勻變速直線運動”時,不用消除小車和木板間的摩擦阻力的影響,但必須調(diào)整滑輪高度使連接小車的細線與木板平行,保持小車的加速度不變,故A錯誤、B正確;在利用該裝置來“探究物體的加速度a與力F的關(guān)系”時,設(shè)小車的質(zhì)量為M,砂和砂桶的總質(zhì)量為m,線的拉力為F,以整體為研究對象有mg=(m+M)a,解得a=mgM+m,以小車為研究對象有F=Ma=MmgM+m=mg1+mM,可見當(dāng)Mm時才有Fmg,故D正確;平衡摩擦力的方法是將木板帶打點計時器的一端適當(dāng)墊高,這樣做的目的是利用小車重力沿木板向下的分力補償小車運動中所受阻力,即Mg sin =Mg cos ,式子成立與質(zhì)量無關(guān),故改變質(zhì)量后不需重新進行平衡,故C錯誤。(3)相鄰兩個計數(shù)點間的時間間隔為T,該同學(xué)用刻度尺測出A、C間的距離為s1,B、D間的距離為s2,則打B點時小車運動的速度vB=s12T,由a=sT2可求得加速度a=sBC-sABT2+sCD-sBCT22=s2-s12T2。根據(jù)表中數(shù)據(jù)在坐標(biāo)紙中描點、連線。根據(jù)圖像分析,得到實驗結(jié)論:在合外力不變時,物體的加速度與質(zhì)量成反比。綜合提能1.答案(1)非線性(2)存在摩擦力(3)調(diào)節(jié)軌道的傾斜度以平衡摩擦力遠小于小車的質(zhì)量解析(1)將圖(b)中各點連線,得到的是一條曲線,故a與m的關(guān)系是非線性的。(2)由圖(b)可知,當(dāng)鉤碼質(zhì)量不為零時,在一定范圍內(nèi)小車加速度仍為零,即細繩對小車的拉力大于某一數(shù)值時小車才產(chǎn)生加速度,故可能的原因是存在摩擦力。(3)若將鉤碼所受重力作為小車所受合力,則應(yīng)滿足三個條件,一是摩擦力被平衡,二是繩平行于軌道平面,此二者可保證繩對車的拉力等于車所受合力,設(shè)繩的拉力為T,由mg-T=ma、T=Ma有T=mMM+mg=mg1+mM,可見當(dāng)mM時才有Tmg,故第三個條件為mM。2.答案BADx2-2x1T2a.小車質(zhì)量一定時,小車運動的加速度與合外力成正比b.BC設(shè)小車受到的拉力為F,若牛頓第二定律成立,以小車和砝碼為研究對象有F=Ma;以砂和小桶為研究對象有mg-Ma=ma,則mg=(M+m)a,即:1a=1mgM+1g,