高考物理二轮复习 100考点千题精练 第十二章 物理实验 专题124 验证牛顿运动定律.docx

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高考物理二轮复习100考点千题精练第十二章物理实验专题124验证牛顿运动定律

2019年高考物理二轮复习100考点千题精练第十二章物理实验专题12.4验证牛顿运动定律

1.（2018中原名校联盟质检）某实验小组在做“验证牛顿第二定律”实验中．

（1）在闭合开关之前，甲同学将实验器材组装成如图甲所示．请指出该装置中的错误或不妥之处（只要答出其中两点即可）：

_________________；________________________．

（2）乙同学将上述装置调整正确后进行实验，在实验中得到如图乙所示的一条纸带，图中相邻两计数点之间还有四个点没有画出，且打点计时器每0．02s打一个点，由图中的数据可计算出小车加速度为_____________m／s2．（保留两位有效数字）

（3）丙同学在利用上述调整好的装置进行实验中，保持沙和沙桶的总质量不变，小车自身的质量为M且保持不变，改变小车中砝码的质量m，并测出小车中放不同质量砝码时所对应的加速度a，以m为横坐标，

为纵坐标，在坐标纸上作出如图丙所示的

－m关系图线，图中纵轴上的截距为b，则小车受到的拉力大小为_____________．

【参考答案】

（1）①用的是直流电源②木板的右端没有垫高（或小车离打点计时器太远）

（2）0.50（或0.49）（3）M/b

2.（2018洛阳一模）某同学利用如图所示的装置探究小车的加速度和合外力的关系，具体实验步骤如下：

①按照图甲所示安装好实验装置，并测出两光电门之间的距离L

②平衡摩擦力即调节长木板的倾角，轻推小车后，使小车沿长木板向下运动，且通过两个光电门的时间相等

③取下细绳和沙桶，测量沙子和沙桶的总质量

，并记录

④把小车置于靠近滑轮的位置，由静止释放小车，并记录小车先后通过光电门甲和乙时显示的时间，并计算出小车到达两个光电门时的速度和运动的加速度

⑤重新细绳和沙桶，改变沙桶中沙子的质量，重复②～④的步骤

（1）用游标卡尺测得遮光片的宽度为

，某次实验时通过光电门甲和乙的时间分别为

和

，则小车加速度的表达式为

（2）关于本实验的说法，正确的是（）

A.平衡摩擦力时需要取下细绳和沙桶

B.平衡摩擦力时不需要取下细绳和沙桶

C.沙桶和沙子的总质量必须远远小于小车的质量

D.小车的质量必须远远小于沙桶和沙子的总质量

（3）若想利用该装置测小车与木板之间的动摩擦因数

，某次实验时，该同学测得平衡摩擦力后斜面的倾角

以及小车的总质量

则可推算出

=（表达式中含有

、

、

）

【参考答案】

（1）

（2分）；

（2）B（2分）；（3）

（2分）

【命题意图】本题考查探究小车的加速度和合外力的关系实验、匀变速直线运动规律和动摩擦因数测量及其相关的知识点。

（2）平衡摩擦力时不需要取下细绳和沙桶，选项A错误B正确；对沙桶和沙子的总质量与小车的质量关系没有要求，选项CD错误。

（3）某次实验时，该同学测得平衡摩擦力后斜面的倾角θ以及小车的总质量

则有，Mgsinθ=mg+μMgcosθ，可推算出

=

。

3.（2018成都七中质检）在探究质量一定时加速度与力的关系的实验时，一同学设计了如图所示的实验装置。

其中M为带滑轮的小车的质量，m为砂和砂桶的质量。

（滑轮质量不计）

（1）实验时，一定要进行的操作是________。

A.用天平测出砂和砂桶的质量

B.将带滑轮的长木板右端垫高，以平衡摩擦力

C.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，同时记录弹簧测力计的示数

D.改变砂和砂桶的质量，打出几条纸带

E.为减小误差，实验中一定要保证砂和砂桶的质量m远小于小车的质量M

（2）该同学在实验中得到如图所示的一条纸带（两计数点间还有两个点没有画出），已知打点计时器采用的是频率为50Hz的交流电，根据纸带可求出小车的加速度为_______________m/s2（结果保留两位有效数字）。

（3）以弹簧测力计的示数F为横坐标，加速度为纵坐标，画出的a-F图像是一条直线，图线与横坐标的夹角为θ，求得图线的斜率为k，则小车的质量为。

【参考答案】

（1）BCD

（2）1.3（3）C

（2）利用逐差法和△x=aT2，T=3×0.02s=0.06s可得小车的加速度a=1.3m/s2。

（3）小车所受拉力等于弹簧测力计读数F的2倍，2F=ma，变化为a=

F，a—F图象的斜率k=

，小车

的质量m=2/k，选项C正确。

4.（2017北京西城二模）利用如图1所示的装置做“验证牛顿第二定律”的实验。

①除了图中所给的器材以及交流电源和导线外，在下列器材中，还必须使用的两种器材是____________。

A．秒表

B．天平（含砝码）

C．弹簧测力计

D．刻度尺

②甲同学实验时这样平衡摩擦力。

按图2装置把实验器材安装好，先不挂重物，将小车放在木板上，后面固定一条纸带，纸带穿过打点计时器。

用垫块把木板一端垫高，接通打点计时器，让小车以一定初速度沿木板向下运动，并不断调节木板的倾斜度，直到小车拖动纸带沿木板做_______运动。

③甲同学利用v-t图像求出每条纸带对应的加速度。

他在处理其中一条纸带时，求出每个计数点对应的速度，并将各点的速度都标在了如图2所示的坐标系中。

请在坐标系中作出小车运动的v-t图像，并利用图像求出小车此次运动的加速度a=__________m/s2。

④乙同学在验证小车加速度a与所受拉力F的关系时，根据实验数据作出的a-F图像如图3所示。

发现图线不过原点，原因可能是_________。

A．木板一端垫得过高B．木板一端垫得过低

C．盘和砝码的总质量太大了D．盘和砝码的总质量太小了

⑤丙同学作出的a-F图像如图4所示。

发现图线有一段是曲线，

他认为这是系统误差造成的。

他将实验方法做了如下改进：

他先将一些砝码放在小车上；之后每次从小车上取下一些砝码移到牵引小车的盘上；重复多次实验，直到将砝码全部移到盘中；根据测得的数据，绘制出小车加速度a随着盘和盘中的砝码所受重力F变化的关系图线，得到的是一条过原点的直线。

已知盘和所有砝码的总质量为m，小车的质量为M。

请你分析说明图线为直线的原因，并说明图线斜率的物理意义。

【参考答案】①BD②匀速直线③如图。

1.00④A（10分）

⑤根据牛顿第二定律，可得

，其中M+m为定值，所以a-F图像为过原点的直线，斜率为

。

（4分）

④如图4所示a-F图像不过原点，在力F为零时，就有了加速度，说明平衡摩擦力过度，原因是木板一端垫得过高。

⑤根据牛顿第二定律，可得

，其中M+m为定值，所以a-F图像为过原点的直线，斜率为

。

5．（2016·江西名校学术联盟调研）（6分）在“探究加速度与力、质量的关系的实验”时，采用了如图甲所示的实验方案。

操作如下：

（1）平衡摩擦力时，若所有的操作均正确，打出的纸带如图乙所示，应________（填“减小”或“增大”）木板的倾角，反复调节，起到纸带上打出的点迹________为止。

（2）已知小车质量为M，盘和砝码的总质量为m，要使细线的拉力近似等于盘和砝码和总重力，应该满足的条件是m________M（填“远小于”、“远大于”或“等于”）。

（3）图丙为小车质量一定时，根据实验数据描绘的小车加速度a与盘和砝码的总质量m之间的实验关系图象。

若牛顿第二定律成立，则小车的质量M＝________kg。

【参考答案】

（1）增大　间距相等　

（2）远小于　（3）0.08

（3）根据mg＝（M＋m）a变式为＝·＋

由题意知k＝，b＝，所以M＝。

由图象可知k＝＝0.008，b＝0.1，所以M＝0.08kg。

6．图甲为验证牛顿第二定律的实验装置示意图。

图中打点计时器的电源为50Hz的交流电源，打点的时间间隔用Δt表示。

在小车质量未知的情况下，某同学设计了一种方法用来探究“在外力一定的条件下，物体的加速度与其质量间的关系”。

（1）完成下列实验步骤中的填空：

①平衡小车所受的阻力：

小吊盘中不放物块，调整木板右端的高度，用手轻拨小车，直到打点计时器打出一系列________的点。

②按住小车，在小吊盘中放入适当质量的物块，在小车中放入砝码。

③打开打点计时器电源，释放小车，获得带有点列的纸带，在纸带上标出小车中砝码的质量m。

④按住小车，改变小车中砝码的质量，重复步骤③。

⑤在每条纸带上清晰的部分，每5个间隔标注一个计数点。

测量相邻计数点的间距s1、s2、…。

求出与不同m相对应的加速度a。

⑥以砝码的质量m为横坐标，为纵坐标，在坐标纸上作出－m关系图线。

若加速度与小车和砝码的总质量成反比，则与m应成________关系（填“线性”或“非线性”）。

（2）完成下列填空：

①本实验中，为了保证在改变小车中砝码的质量时，小车所受的拉力近似不变，小吊盘和盘中物块的质量之和应满足的条件是________________________________________。

②设纸带上三个相邻计数点的间距为s1、s2和s3。

a可用s1、s3和Δt表示为a＝________。

图乙为用米尺测量某一纸带上的s1、s3的情况，由图可读出s1＝________mm，s3＝________mm，由此求得加速度的大小a＝________m/s2。

③图丙为所得实验图线的示意图。

设图中直线的斜率为k，在纵轴上的截距为b，若牛顿定律成立，则小车受到的拉力为____________，小车的质量为________。

【参考答案】

（1）等间距　线性　

（2）①远小于小车和砝码的总质量

②　24.2（23.9～24.5之间均正确）　47.3（47.0～47.6之间均正确）　1.16（1.13～1.19之间均正确）　

③　

③设小车质量为M，由牛顿第二定律可得F＝（M＋m）a⇒＝＋，结合图象可知＝k⇒F＝，＝b⇒M＝bF＝。

7．如图甲所示为验证牛顿第二定律的实验装置示意图。

（1）平衡小车所受阻力的操作：

取下________，把木板不带滑轮的一端垫高；接通电火花计时器电源，轻推小车，让小车拖着纸带运动。

如果打出的纸带如图乙所示，则应________（选填“减小”或“增大”）木板的倾角，反复调节，直到纸带上打出的点迹__________为止。

（2）如图丙所示为研究“在外力一定的条件下，物体的加速度与其质量的关系”时所得的实验图象，横坐标m为小车上砝码的质量。

设图中直线的斜率为k，在纵轴上的截距为b，若牛顿第二定律成立，则小车受到的拉力为________，小车的质量为________。

【参考答案】

（1）砝码　减小　间隔相等（均匀）　

（2）　

8．（2016·芜湖模拟）在验证牛顿第二定律的实验中，某学习小组使用的实验装置如图甲所示：

（1）由于没有打点计时器，该小组让小车由静止开始运动，发生位移x，记录时间t，则小车的加速度的表达式为a＝________。

（2）指出该实验中的一个明显疏漏：

_________________________________________。

（3）纠正了疏漏之处后，保持小车的质量M不变，改变砂桶与砂的总重力F，多次实验，根据得到的数据，在aF图象中描点（如图乙所示）。

结果发现右侧若干个点明显偏离直线，造成此误差的主要原因是________。

A．轨道倾斜不够

B．轨道倾斜过度

C．砂桶与砂的总重力太大

D．所用小车的质量太大

（4）若不断增加砂桶中砂的质量，aF图象中各点连成的曲线将不断延伸，那么加速度的趋向值为________，绳子拉力的趋向值为________。

【参考答案】

（1）　

（2）没有平衡摩擦力　（3）C　（4）g　Mg

9．（2016·荆州模拟）某组同学设计了“探究加速度a与物体所受合力F及质量m的关系”实验。

如图甲为实验装置简图，A为小车，B为电火花计时器，C为装有细砂的小桶，D为一端带有定滑轮的长方形木板，实验中认为细绳对小车拉力F等于细砂和小桶的总重量，小车运动的加速度a可用纸带上打出的点求得。

（1）如图乙为某次实验得到的纸带，已知实验所用电源的频率为50Hz。

根据纸带可求出电火花计时器打B点时的速度为________m/s，小车的加速度大小为________m/s2。

（结果均保留两位有效数字）

（2）在“探究加速度a与质量m的关系”时，某同学按照自己的方案将实验数据都在坐标系中进行了标注，但尚未完成图象（如图丙所示）。

请继续帮助该同学作出坐标系中的图象。

丙　　　　　　　　　　丁

（3）在“探究加速度a与合力F的关系”时，该同学根据实验数据作出了加速度a与合力F的图线如图丁所示，该图线不通过坐标原点，试分析图线不通过坐标原点的原因。

【参考答案】

（1）1.6　3.2　

（2）见解析图

（3）实验前没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不够

（2）将坐标系中各点连成一条直线，连线时应使直线过尽可能多的点，不在直线上的点应大致对称分布在直线的两侧，离直线较远的点应视为错误数据，不予考虑，连线如图所示。

（3）图线与横轴有截距，说明实验前没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不够。

10．用如图甲所示的实验装置验证牛顿第二定律：

（1）某同学通过实验得到如图乙所示的aF图象，造成这一结果的原因是：

在平衡摩擦力时木板与水平桌面间的倾角________（填“偏大”或“偏小”）。

（2）该同学在平衡摩擦力后进行实验，实际小车在运动过程中所受的拉力________砝码和盘的总重力（填“大于”、“小于”或“等于”），为了便于探究、减小误差，应使小车质量M与砝码和盘的总质量m满足________的条件。

（3）某同学得到如图丙所示的纸带。

已知打点计时器电源频率为50Hz。

A、B、C、D、E、F、G是纸带上7个连续的点。

Δs＝sDG－sAD＝________cm。

由此可算出小车的加速度a＝________m/s2（保留两位有效数字）。

【参考答案】

（1）偏大　

（2）小于　M≫m（3）1.80　5.0

11．（2016·深圳调研）某同学做“探究加速度与力的关系”的实验，实验的探究对象是铝块（质量小于砂桶的），在静止释放轻绳前，装置如图甲所示。

（1）该同学在实验操作中有两处明显错误，分别是____________和____________。

（2）纠错后开始实验：

保持铝块的质量m不变，通过在砂桶中添加砂来改变对铝块的拉力；每次释放轻绳，由力传感器可测得拉力的大小F，由纸带上打出的点可算出对应加速度的大小a；已知重力加速度为g。

该同学根据多组实验数据画出如图乙所示的一条过坐标原点的直线，他标注纵轴为加速度a，但忘记标注横轴，你认为横轴代表的物理量是________________（用所给的字母表示）。

（3）若把力传感器装在右侧轻绳上则实验的误差会更________（填“大”或“小”）。

（4）本装置还可利用来做__________________________的实验。

（只填一个）

【名师答案】

（1）打点计时器错接在直流电源上　要进行打点的纸带留得太短　

（2）F－mg　（3）大　（4）探究加速度与质量的关系

12．（2016·吉林质检）“用DIS研究加速度与力的关系”的实验装置如图甲所示，实验中用所挂钩码的重量作为细线对小车的拉力F。

通过增加钩码的数量，多次测量，可得小车运动的加速度a和所受拉力F的关系图象。

他们在轨道水平和倾斜的两种情况下分别做了实验，得到了两条aF图线，如图乙所示。

（1）图线________（选填“①”或“②”）是在轨道右侧抬高成为斜面情况下得到的；

（2）在轨道水平时，小车运动的阻力Ff＝________N；

（3）图乙中，拉力F较大时，aF图线明显弯曲，产生误差。

为避免此误差可采取的措施是________。

A．调整轨道的倾角，在未挂钩码时使小车能在轨道上匀速运动

B．在增加钩码数量的同时在小车上增加砝码，使钩码的总质量始终远小于小车的总质量

C．将无线力传感器捆绑在小车上，再将细线连在力传感器上，用力传感器读数代替钩码的重力

D．更换实验中使用的钩码规格，采用质量较小的钩码进行上述实验

【参考答案】

（1）①　

（2）0.5　（3）C