高考物理一輪復習課時作業(yè)15實驗驗證牛頓第二定律（含解析）-試卷下載-教習網(wǎng)

實驗驗證牛頓第二定律1．(2018·福建模擬)(1)在驗證牛頓第二定律的實驗中，用改變桶內(nèi)砂的質(zhì)量的辦法來改變對小車的作用力F，用打點計時器測出小車的加速度a，得出若干組F和a的數(shù)據(jù)．然后根據(jù)測得的數(shù)據(jù)作出如圖所示a-F圖線，發(fā)現(xiàn)圖線既不過原點，又不是直線，可能的原因是________A．沒有平衡摩擦力，且小車質(zhì)量較大B．平衡摩擦力時，所墊木板太高，且砂和小桶的質(zhì)量較大C．平衡摩擦力時，所墊木板太低，且砂和小桶的質(zhì)量較大D．平衡摩擦力時，所墊木板太高，且小車質(zhì)量較大(2)在改正了上述錯誤之后，保持小車及砝碼質(zhì)量M不變．反復改變沙的質(zhì)量，并測得一系列數(shù)據(jù)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)小車受到的合外力(小桶及砂重力)與加速度的比值略大于小車及砝碼質(zhì)量M，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)滑輪非常光滑，打點計時器工作正常，且事先基本上平衡了摩擦力，那么出現(xiàn)這種情況的主要原因是什么？答：________________________________________________________________________答案　(1)C(2)由于小桶及砂的失重，拉小車的合外力F＜mg，而處理數(shù)據(jù)時又將F＝mg處理．因此，M＝<；解析　(1)從圖中發(fā)現(xiàn)直線沒過原點，當a＝0時，F>0.也就是說當繩子上有拉力時小車還沒有加速度，說明平衡摩擦力過小，所墊木板太低；從圖像上可以看出：F從0開始增加，砝碼的質(zhì)量在增加，使砝碼的質(zhì)量沒有遠小于車的質(zhì)量，所以A、B、D三項錯誤，C項正確．(2)由于小桶及砂的加速度的方向向下，處于失重狀態(tài)，拉小車的合外力F＝＝mg<mg，因此，M＝<.2．(2018·海淀二模)利用力傳感器研究“加速度與合外力的關(guān)系”的實驗裝置如圖甲所示．(1)下列關(guān)于該實驗的說法，錯誤的是________．A．做實驗之前必須平衡摩擦力B．小車的質(zhì)量必須比所掛鉤碼的質(zhì)量大得多C．應調(diào)節(jié)定滑輪的高度使細線與木板平行D．為了實驗安全，打點計時器接直流電源(2)從實驗中挑選一條點跡清晰的紙帶，每5個點取一個計數(shù)點，用刻度尺測量計數(shù)點間的距離如圖乙所示．已知打點計時器每間隔0.02 s打一個點．從圖可知A、B兩點間的距離s1＝________ cm；該小車的加速度a＝________ m/s2(計算結(jié)果保留2位有效數(shù)字)，實驗中紙帶的________(填“左”或“右”)端與小車相連接．(3)數(shù)據(jù)在坐標系中作出了圖丙所示的a-F圖像．①圖線不過坐標原點的原因是________．②小車和傳感器的總質(zhì)量為________kg.答案　(1)BD　(2)0.70　0.20　左(3)①未平衡摩擦力或平衡摩擦力不足?、?.5解析　(1)由于實驗中用到了力傳感器，所以沒有必要使小車的質(zhì)量遠大于鉤碼的質(zhì)量，B項錯誤；打點計時器必須用交流電源，D項錯誤．(2)由圖知s1＝7.0 mm＝0.70 cm，根據(jù)Δx＝aT2可得a＝＝ m/s2＝0.20 m/s2，開始時打點間距小，因此紙帶的左端與小車相連接．(3)①由圖像可知，當F≠0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；②a-F圖像中的斜率表示質(zhì)量的倒數(shù)，由圖可知k＝＝＝2，故小車和傳感器的總質(zhì)量M＝＝0.5 kg.3．(2018·石家莊二模)如圖所示為探究“加速度與物體受力的關(guān)系”實驗裝置．長木板放在水平桌面上，小車通過繞定滑輪的細線在鉤碼拉動下運動，其中，在長木板上相距為L＝48.0 cm的A、B兩點各安裝一個速度傳感器，記錄小車通過A、B時的速率vA、vB，與小車相連的拉力傳感器記錄小車受到的拉力F大?。?/span>(1)關(guān)于使用操作，下列說法正確的是________．A．要調(diào)整長木板的傾斜角度，平衡小車受到的摩擦力B．A、B兩點間距離應盡可能近一些可減小誤差C．改變所掛鉤碼的數(shù)量時，要使所掛鉤碼的質(zhì)量應遠小于小車質(zhì)量D．不必用天平測出小車和車上拉力傳感器的總質(zhì)量(2)某同學在表中記錄并處理了實驗所得的幾組數(shù)據(jù)，依據(jù)表格內(nèi)容計算第4次實驗的加速度數(shù)值是________ m/s2(結(jié)果保留三位有效數(shù)字)；次數(shù)F/N(vB2－vA2)m2·s－2a/m·s－210.600.770.8021.041.611.6831.422.342.4442.003.48 52.624.654.8463.005.495.72(3)分析表中數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)a與F并不成正比，這是由于________(選填“平衡摩擦力不足”或“平衡摩擦力過度”)造成的．答案　(1)AD　(2)3.63　(3)平衡摩擦力不足解析　(1)A項，要調(diào)整長木板的傾斜角度，平衡小車受到的摩擦力，使鉤碼的重力為小車的拉力，故A項正確B項，A、B兩點間距離應盡可能遠一些，可減小誤差，故B項錯誤C項，改變所掛鉤碼的數(shù)量時，不需要使所掛鉤碼的質(zhì)量遠小于小車質(zhì)量，因為實驗中拉力傳感器記錄小車受到拉力，故C項錯誤；D項，不必用天平測出小車和車上拉力傳感器的總質(zhì)量，故D項正確．(2)根據(jù)勻變速直線運動的位移與速度公式：v2－v02＝2as可以求出：a＝，代入數(shù)據(jù)解得：a＝3.63 m/s2.(3)表中a與F并不成正比，這是由于平衡摩擦力不足造成的．4．(2018·南平一模)某實驗小組利用光電計時器等器材來探究合力一定時，物體的加速度與質(zhì)量之間的關(guān)系，實驗裝置如圖甲所示．(1)本實驗在正確操作的情況下，保持鉤碼的質(zhì)量m不變．通過增加小車上的配重片來改變小車和遮光片的總質(zhì)量M，由光電計時器(圖中未畫出)可讀出遮光條通過光電門1、2的時間分別為Δt1、Δt2，用刻度尺測得兩個光電門之間的距離x，用10分度的游標卡尺測得遮光條的寬度為d.則小車的加速度表達式a＝________(表達式均用已知字母表示)．測得遮光條的寬度如圖乙所示．其讀數(shù)為________mm.(2)該小組通過實驗得到a-圖像，如圖丙所示．則所掛鉤碼的質(zhì)量m＝________kg.(當?shù)氐闹亓铀俣葹間＝9.8 m/s2)答案　　5.0　(2)0.1解析　(1)滑塊經(jīng)過光電門1時的速度表達式為：v1＝經(jīng)過光電門2時的速度表達式為：v2＝根據(jù)勻變速直線運動位移速度公式得：2ax＝v22－v12解得：a＝，游標卡尺的讀數(shù)由主尺和游標尺兩部分組成．讀數(shù)為5 mm＋0×0.1 mm＝5.0 mm.(2)滑塊的合力F合＝mg＝Ma，解得：a＝mg·，圖像的斜率表示mg，所以有：mg＝ N＝0.98 N，故所掛鉤碼的質(zhì)量m＝0.1 kg.5．(2018·漢中二模)某同學為驗證牛頓第二定律而設(shè)計的滑輪裝置，實驗裝置如圖所示，圖中繩子不可伸長，已知左側(cè)托盤及砝碼質(zhì)量為m1，右側(cè)托盤及砝碼質(zhì)量為m2，且m1＞m2，現(xiàn)由靜止釋放左側(cè)托盤，測量系統(tǒng)加速度．然后改變m1、m2質(zhì)量，重復實驗多次．(1)該同學利用圖示實驗裝置求得左側(cè)托盤及砝碼的加速度的表達式a′＝________(用字母m1、m2及g表示)(2)該同學認為，只要保持________不變，即可得出m1、m2系統(tǒng)的加速度與系統(tǒng)的合外力成正比；只要保持________不變，即可得出m1、m2系統(tǒng)的加速度與系統(tǒng)的總質(zhì)量成反比．(3)該同學用此裝置多次測量系統(tǒng)的加速度a，并用天平測出m1、m2的質(zhì)量，利用(1)中的表達式計算出系統(tǒng)的加速度a′，發(fā)現(xiàn)a總是________a′(填“大于”“等于”或“小于”)答案　(1)g　(2)m1＋m2、m1－m2　(3)小于解析　(1)設(shè)線的拉力為T，以左側(cè)托盤及砝碼為對象根據(jù)牛頓第二定律：m1g－T＝m1a′，以右側(cè)托盤及砝碼為對象根據(jù)牛頓第二定律：T－m2g＝m2a′，聯(lián)立解得：a′＝g.(2)根據(jù)(m1－m2)g＝(m1＋m2)a′可知，只要保持m1＋m2不變，即可得出m1、m2系統(tǒng)的加速度與系統(tǒng)的合外力成正比；只要保持m1－m2不變，即可得出m1、m2系統(tǒng)的加速度與系統(tǒng)的總質(zhì)量成反比．(3)在下落的過程中存在阻力，所以a總是小于a′.6．(2018·榆林一模)在探究物體的加速度與所受外力的關(guān)系實驗中，如圖甲所示，在水平放置的氣墊導軌上有一帶有方盒的滑塊質(zhì)量為M，氣墊導軌右端固定一定滑輪，細線繞過定滑輪，一端與滑塊相連，另一端掛有6個鉤碼，設(shè)每個鉤碼的質(zhì)量為m，且M＝4m.(1)用游標卡尺測出滑塊上的擋光片的寬度，示數(shù)如圖乙所示，則寬度d＝________ cm；(2)某同學打開氣源將滑塊由靜止釋放，滑塊上的擋光片通過光電門的時間為t，則滑塊通過光電門的速度為________(用題中所給字母表示)；(3)若每次實驗時將1個鉤碼移放到滑塊上的方盒中，移動后都從同一位置釋放滑塊，設(shè)擋光片距光電門的距離為L，細線端所掛鉤碼的個數(shù)為n，擋光片通過光電門的時間為t，測出多組數(shù)據(jù)，請在圖丙中繪出n-圖像(4)繪出n-圖像后，若圖線斜率為k，則測得當?shù)刂亓铀俣葹開_______(用題中字母表示)．答案　(1)0.520　(2)　(3)如解析圖所示　(4)解析　(1)游標卡尺的主尺讀數(shù)為5 mm，游標讀數(shù)為0.05×4 mm＝0.20 mm，則最終讀數(shù)為5.20 mm＝0.520 cm.(2)極短時間內(nèi)的平均速度等于瞬時速度的大小，則滑塊通過光電門的速度v＝；(3)根據(jù)v2＝2aL得，＝2aL，因為a＝＝，聯(lián)立解得n＝·，所以圖像為過原點的一條傾斜直線，如圖所示；(4)圖線的斜率k＝，解得g＝.7．(2018·濟南模擬)某同學探究鉤碼的加速度與合力的關(guān)系，其實驗裝置如圖所示．一端帶有定滑輪的長木板固定在桌面上，用輕繩繞過定滑輪及光滑的動滑輪將滑塊與彈簧測力計相連．實驗中保持鉤碼的質(zhì)量不變，在滑塊上增加砝碼進行多次測量，每一次滑塊均從同一位置P由靜止開始釋放，在鉤碼帶動下滑塊向右運動，此過程中，記錄彈簧測力計的示數(shù)F和光電門遮光時間t，用彈簧測力計測出鉤碼的重力G，用刻度尺測出P與光電門間的距離s，用螺旋測微器測出滑塊上窄片的寬度d.(1)實驗中________(填“需要”或“不需要”)平衡滑塊受到的滑動摩擦力．(2)鉤碼的加速度大小a＝________(用含有d、t、s的表達式表示)．(3)根據(jù)實驗數(shù)據(jù)繪出的下列四幅圖像中，最符合本實驗實際情況的是________．(填選項前的字母)答案　(1)不需要　(2)；(3)A.解析　(1)本實驗的研究對象是鉤碼，滑塊是否需要平衡摩擦力，對其沒有影響，(2)在勻變速直線運動中，根據(jù)速度與位移關(guān)系，則有：v2＝2a′s；而v＝，因此滑塊的加速度大小a′＝；那么鉤碼的加速度大小a＝.(3)由題意可知，鉤碼的加速度a與彈簧測力計的示數(shù)F的關(guān)系：G－2F＝ma，鉤碼的加速度大小a＝；那么則有＝(G－2F)，故A項正確，B、C、D三項錯誤．

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