2020版高考物理100考點最新模擬題千題精練專題7.8驗證牛頓運動定律（提高篇）（含解析）.docx

專題7.8 驗證牛頓運動定律（提高篇）1.（8分）（2019江蘇七市二模）利用圖甲所示裝置探究物體的加速度與所受合外力的關(guān)系，小車質(zhì)量約300g，另配置質(zhì)量20g的鉤碼5個，質(zhì)量500g的砝碼1個。（1）實驗中，平衡摩擦力的具體做法是：移去（選填“掛上”或“移去”）鉤碼，長木板右端用墊塊抬高，調(diào)至適當高度，接通電源，輕推小車，使紙帶上打出的點間距相等。（2）實驗通過添加鉤碼改變小車的受力。關(guān)于小車，下列說法中正確的有ABD。A當鉤碼質(zhì)量遠小于小車總質(zhì)量時，可認為小車所受合外力與鉤碼重力大小相等B開始實驗時，應(yīng)將砝碼放人小車C小車內(nèi)放入砝碼后需重新平衡摩擦力D實驗中不需要測出小車的質(zhì)量（3）實驗中打出一條紙帶，如圖乙所示，從某清晰點開始取計數(shù)點，分別標為0、1、2、3、4、5、6，測量點0到點3的距離為d1，點0到點6的距離為d2，已知相鄰計數(shù)點間的時間間隔均為T，則加速度a。（4）實驗小組由小車受到的拉力F和對應(yīng)的加速度a，作出aF圖線，如圖丙中實線所示，下列對實驗圖線偏離直線的原因分析，正確的是B。A測量不準確引起的，屬于偶然誤差 B實驗原理方法引起的，屬于系統(tǒng)誤差C加速度大，空氣阻力作用更加明顯 D滑輪與軸間有摩擦【思路分析】（1）平衡摩擦力時，不能掛鉤碼連接在小車上。（2）根據(jù)實驗的原理和注意事項確定正確的操作步驟。（3）根據(jù)連續(xù)相等時間內(nèi)的位移之差是一恒量，求出加速度。（4）aF圖線上端偏離直線的原因是不能滿足鉤碼的質(zhì)量遠小于小車的質(zhì)量?！久麕熃馕觥浚?）平衡摩擦力時，移去鉤碼，長木板右端用墊塊抬高，調(diào)至適當高度，接通電源，輕推小車，使紙帶上打出的點間距相等。（2）A、當鉤碼的質(zhì)量遠小于小車的質(zhì)量時，可以認為小車所受的合力等于鉤碼的重力，故A正確。B、開始實驗時，應(yīng)將砝碼放入小車，使得鉤碼質(zhì)量遠小于小車質(zhì)量，故B正確。C、小車內(nèi)放入砝碼后，不需要重新平衡摩擦力，故C錯誤。D、實驗研究加速度與力的關(guān)系，需保持小車的總質(zhì)量不變，所以不需要測出小車的質(zhì)量，故D正確。故選：ABD。（3）根據(jù)得，加速度a。（4）aF圖線中圖線上端偏離直線的原因是不能滿足鉤碼的質(zhì)量遠小于小車的質(zhì)量，該誤差屬于系統(tǒng)誤差，是由實驗原理方法引起的，故選：B?！緟⒖即鸢浮浚海?）移去，（2）ABD，（3），（4）B?！军c評】解決本題的關(guān)鍵知道實驗的原理和注意事項，理解實驗中的兩個認為：1、認為繩子的拉力等于小車的合力，前提需平衡摩擦力，2、認為鉤碼的重力等于細線的拉力，前提需滿足鉤碼的質(zhì)量遠小于小車的質(zhì)量。2. （2019全國考試大綱調(diào)研卷3）某同學(xué)將力傳感器固定在小車上，然后把繩的一端固定在傳感器拉鉤上，用來測量繩對小車的拉力，探究在小車及傳感器總質(zhì)量不變時加速度跟它們所受拉力的關(guān)系，根據(jù)所測數(shù)據(jù)在坐標系中作出了如圖所示的aF圖象 (1)圖線不過坐標原點的原因是_(2)本實驗中是否仍需要砂和桶的總質(zhì)量遠小于小車和傳感器的總質(zhì)量_(填“是”或“否”)(3)由圖象求出小車和傳感器的總質(zhì)量為_kg.【參考答案】沒有平衡摩擦力，或平衡的不夠否1【名師解析】(1)由圖象可知，當F0時，加速度仍然為零，說明沒有平衡摩擦力，或平衡的不夠；(2)該實驗中由于已經(jīng)用傳感器測出繩子拉力大小，不是將砝碼和砝碼盤的重力作為小車的拉力，故不需要滿足砝碼和砝碼盤的總質(zhì)量遠小于小車的質(zhì)量(3)aF圖象中的斜率表示質(zhì)量的倒數(shù)，由圖可知，k1，所以質(zhì)量M1 kg3.（2019云南昆明質(zhì)檢）探究“加速度與力、質(zhì)量關(guān)系”的實驗裝置如圖甲所示。小車后面固定一條紙帶，穿過電火花打點計時器，細線一端連著小車，另一端通過光滑的定滑輪和動滑輪與掛在豎直面內(nèi)的拉力傳感器相連，拉力傳感器用于測小車受到拉力的大小。(1)關(guān)于平衡摩擦力，下列說法正確的是_。A平衡摩擦力時，需要在動滑輪土掛上鉤碼B改變小車質(zhì)量時，需要重新平衡摩擦力C改變小車拉力時，不需要重新平衡摩擦力(2)實驗中_(選填“需要”或“不需要”)滿足所掛鉤碼質(zhì)量遠小于小車質(zhì)量。(3)某同學(xué)根據(jù)實驗數(shù)據(jù)作出了加速度a與力F的關(guān)系圖像如圖乙所示，圖線不過原點的原因是_。A鉤碼質(zhì)量沒有遠小于小車質(zhì)量B平衡摩擦力時木板傾角過大C平衡摩擦力時木板傾角過小或未平衡摩擦力【參考答案】（1）C（2）不需要（3）B【命題意圖】本題考查探究“加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”實驗、圖象法處理實驗數(shù)據(jù)及其相關(guān)知識點?！窘忸}思路】（1）平衡摩擦力只需要將木板適當傾斜，不需要在動滑輪上掛鉤碼，選項A錯誤；改變小車質(zhì)量時，不需要重新平衡摩擦力，改變拉力時，不需要重新平衡摩擦力，選項B錯誤C正確。（2）由于在輕繩一端加了拉力傳感器，能夠直接讀出拉力數(shù)值，因此不需要滿足所掛鉤碼的質(zhì)量遠小于小車質(zhì)量。（3）加速度a與力F圖象在拉力F為零時就一定有加速度，所以不過坐標原點的原因是平衡摩擦力時木板傾角過大，選項B正確。4（8分）某實驗小組做驗證牛頓第二定律實驗（1）實驗小組中的小華用圖所示裝置做實驗，圖中帶滑輪的長木板水平放置于桌面，拉力傳感器可直接顯示所受到的拉力大小小華做實驗時，下列操作必要且正確的是_A將長木板右端適當墊高，使小車能自由勻速滑動B小車靠近打點計時器，先接通電源，再釋放小車，打出一條紙帶，同時記錄傳感器的示數(shù)C改變砂和砂桶質(zhì)量，打出幾條紙帶D用天平測出砂和砂桶的質(zhì)量E為了減小誤差，實驗中一定要保證砂和砂桶的質(zhì)量遠小于小車的質(zhì)量（2）實驗小組中的小明如圖所示的實驗裝置來做實驗。小明同學(xué)平衡了摩擦力后以砂和砂桶的重力為F，在小車質(zhì)量M保持不變情況下，不斷往桶里加砂，砂的質(zhì)量最終達到，測小車加速度a，作a-F的圖像下列圖線正確的是 小明同學(xué)在正確規(guī)范操作中，打出一條紙帶如圖所示，每兩個計數(shù)點之間還有四個計時點沒有畫出來，圖中上面的數(shù)字為相鄰兩個計數(shù)點間的距離，打點計時器工作頻率為50Hz打第4個計數(shù)點時紙帶的速度v4=_m/s；小車做勻加速直線運動的加速度a=_m/s2（保留三位有效數(shù)字）【答案】（1）ABC；（2）C；1.21m/s；2.02m/s2【解析】（1）實驗前要平衡摩擦力，將長木板右端適當墊高，使小車能自由勻速滑動，A正確；為充分利用紙帶，小車靠近打點計時器，先接通電源，再釋放小車，打出一條紙帶，同時記錄傳感器的示數(shù)，B正確；為得出普遍規(guī)律，改變砂和砂桶質(zhì)量，打出幾條紙帶，C正確；小車受到的拉力可由拉力傳感器測出來，不需要用天平測出砂和砂桶的質(zhì)量，D錯誤；小車受到的拉力可以由拉力傳感器測出，實驗中一定不需要保證砂和砂桶的質(zhì)量遠小于小車的質(zhì)量，E錯誤；選ABC；（2）平衡了摩擦力后，對于小車有：，對于砂和砂桶有：，聯(lián)立可得：，若滿足mM，則有，即a-F的圖像為直線，當砂和砂桶質(zhì)量較大時，不再滿足“mM”這一條件，此情況下按相同方式描點的圖象遵循規(guī)律，隨著砂的質(zhì)量的增加，a-F的圖像的斜率為將減小，所以圖線向下彎曲。所以選C。4點的瞬時速度等于35段的平均速度，則有：每兩個計數(shù)點之間還有四個計時點沒有畫出來，因此相鄰計數(shù)點的周期為T=0.1s；根據(jù)x=aT2，結(jié)合作差法，解得：；5. （6分）用如圖所示的裝置驗證牛頓第二定律。（1）除了圖中所給器材以及交流電源和導(dǎo)線外，在下列器材中，還必須使用的兩種器材是_（選填正確選項的字母）。A秒表 B天平（含砝碼） C彈簧測力計 D刻度尺（2）在實驗中，得到一條打點的紙帶，如圖乙所示。已知相鄰計數(shù)點間的時間間隔為T，且相鄰間距x1、x2、x3、x4、x5、x6已量出，則小車加速度的表達式為a=_。(3)數(shù)據(jù)在坐標系中作出了圖所示的aF圖象圖線不過坐標原點的原因是_小車的質(zhì)量為_kg.【答案】（1）BD；（2）；（3）未平衡摩擦力或平衡摩擦力不足； 0.5【解析】（1）利用天平測量質(zhì)量，利用打點計時器測量長度求加速度，所以需要天平和直尺，正確答案BD；（2）根據(jù)勻變速直線運動的推論x=aT2，有：x6x33a1T2x5x23a2T2x4x13a3T2a (a1+a2+a3)小車加速度的表達式為a=(3)由圖象可知，當F0時，加速度仍然為零，說明沒有平衡摩擦力，或平衡摩擦力不足；aF圖象中的斜率表示質(zhì)量的倒數(shù)，由圖可知，故小車和傳感器的總質(zhì)量M0.5 kg.6.（2017北京西城二模）利用如圖1所示的裝置做“驗證牛頓第二定律”的實驗。 除了圖中所給的器材以及交流電源和導(dǎo)線外，在下列器材中，還必須使用的兩種器材是_ 。A秒表 B天平（含砝碼） C彈簧測力計 D刻度尺 甲同學(xué)實驗時這樣平衡摩擦力。按圖2裝置把實驗器材安裝好，先不掛重物，將小車放在木板上，后面固定一條紙帶，紙帶穿過打點計時器。用墊塊把木板一端墊高，接通打點計時器，讓小車以一定初速度沿木板向下運動，并不斷調(diào)節(jié)木板的傾斜度，直到小車拖動紙帶沿木板做_運動。 甲同學(xué)利用v-t圖像求出每條紙帶對應(yīng)的加速度。他在處理其中一條紙帶時，求出每個計數(shù)點對應(yīng)的速度，并將各點的速度都標在了如圖2所示的坐標系中。請在坐標系中作出小車運動的v-t圖像，并利用圖像求出小車此次運動的加速度a = _m/s2。 aF 乙同學(xué)在驗證小車加速度a與所受拉力F的關(guān)系時，根據(jù)實驗數(shù)據(jù)作出的a-F圖像如圖3所示。發(fā)現(xiàn)圖線不過原點，原因可能是_。A木板一端墊得過高 B木板一端墊得過低 C盤和砝碼的總質(zhì)量太大了 D盤和砝碼的總質(zhì)量太小了 丙同學(xué)作出的a-F圖像如圖4所示。發(fā)現(xiàn)圖線有一段是曲線，他認為這是系統(tǒng)誤差造成的。他將實驗方法做了如下改進：他先將一些砝碼放在小車上；之后每次從小車上取下一些砝碼移到牽引小車的盤上；重復(fù)多次實驗，直到將砝碼全部移到盤中；根據(jù)測得的數(shù)據(jù)，繪制出小車加速度a隨著盤和盤中的砝碼所受重力F變化的關(guān)系圖線，得到的是一條過原點的直線。已知盤和所有砝碼的總質(zhì)量為m，小車的質(zhì)量為M。請你分析說明圖線為直線的原因，并說明圖線斜率的物理意義。Fa【參考答案】 BD 勻速直線 如圖。1.00 A （10分） 根據(jù)牛頓第二定律，可得，其中M+m為定值，所以a-F圖像為過原點的直線，斜率為。 （4分）【名師解析】測量小車質(zhì)量、測量砝碼盤質(zhì)量度需要天平，測量打點計時器打出的紙帶上點跡的距離需要刻度尺，因此還必須使用的兩種器材是BD。平衡摩擦力，要達到小車以一定初速度拖動紙帶沿木板向下做勻速直線運動。舍棄偏差較大的點，過盡可能多的點做直線，得到速度圖象。由圖象斜率得加速度a=1.00m/s2。如圖4所示a-F圖像不過原點，在力F為零時，就有了加速度，說明平衡摩擦力過度，原因是木板一端墊得過高。 根據(jù)牛頓第二定律，可得，其中M+m為定值，所以a-F圖像為過原點的直線，斜率為。7.（2018中原名校聯(lián)盟質(zhì)檢）某實驗小組在做“驗證牛頓第二定律”實驗中（1）在閉合開關(guān)之前，甲同學(xué)將實驗器材組裝成如圖甲所示請指出該裝置中的錯誤或不妥之處（只要答出其中兩點即可）：_；_（2）乙同學(xué)將上述裝置調(diào)整正確后進行實驗，在實驗中得到如圖乙所示的一條紙帶，圖中相鄰兩計數(shù)點之間還有四個點沒有畫出，且打點計時器每002 s打一個點，由圖中的數(shù)據(jù)可計算出小車加速度為_ms2（保留兩位有效數(shù)字）（3）丙同學(xué)在利用上述調(diào)整好的裝置進行實驗中，保持沙和沙桶的總質(zhì)量不變，小車自身的質(zhì)量為M且保持不變，改變小車中砝碼的質(zhì)量m，并測出小車中放不同質(zhì)量砝碼時所對應(yīng)的加速度a，以m為橫坐標，為縱坐標，在坐標紙上作出如圖丙所示的m關(guān)系圖線，圖中縱軸上的截距為b，則小車受到的拉力大小為_【參考答案】（1）用的是直流電源 木板的右端沒有墊高(或小車離打點計時器太遠)（2）0.50(或 0.49) （3）M /b【名師解析】（1）打點計時器必須接交流電源在做“驗證牛頓第二定律”實驗中，用細線的拉力作為小車所受的合外力，需要