物理一轮复习验证牛顿运动定律.docx

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物理一轮复习验证牛顿运动定律

验证牛顿运动定律

1.某同学设计了如图所示的装置来探究加速度与力的关系。

弹簧秤固定在一合适的木块上，桌面的右边缘固定一个光滑的定滑轮，细绳的两端分别与弹簧秤的挂钩和矿泉水瓶连接。

在桌面上画出两条平行线P、Q，并测出间距

。

开始时将木块置于P处，现缓慢向瓶中加水，直到木块刚刚开始运动为止，记下弹簧秤的示数F0，以此表示滑动摩擦力的大小。

再将木块放回原处并按住，继续向瓶中加水后，记下弹簧秤的示数F，然后释放木块，并用秒表记下木块从P运动到Q处的时间。

①木块的加速度可以用

、表示为

＝　　　　。

②改变瓶中水的质量重复实验，确定加速度

与弹簧秤示数F的关系。

下列图象能表示该同学实验结果的是　　　　　　。

③用加水的方法改变拉力的大小与挂钩码的方法相比，

它的优点是　　　　　。

A．可以改变滑动摩擦力的大小

B．可以更方便地获取更多组实验数据

C．可以更精确地测出摩擦力的大小

D．可以获得更大的加速度以提高实验精度

1.答案：

①

②C，③BC

解析：

由d=

at2解得

。

由牛顿第二定律，F-F0=ma，加速度

与弹簧秤示数F的关系图象正确的是C。

用加水的方法改变拉力的大小与挂钩码的方法相比，它的优点是可以更方便地获取更多组实验数据，可以更精确地测出摩擦力的大小，选项BC正确。

2.（5分）如图甲所示为“探究加速度与物体质量、物体受力的关系”的实验装置。

（1）在实验过程中，打出了一条纸带如图乙所示，计时器打点的时间间隔为0.02s。

从比较清晰的点起，每两测量点间还有4个点未画出，量出相邻测量点之间的距离如图乙所示，该小车的加速度大小a=m/s2（结果保留两位有效数字）。

（2）根据实验收集的数据作出的a－F图线如图丙所示，请写出一条对提高本实验结果准确程度有益的建议：

。

2.答案：

（1）0.16（3分）

（2）实验前要先平衡摩擦力（2分）

解析：

T=5×0.02s=0.1s。

该小车的加速度大小a=△x/T2=0.16m/s2。

由根据实验收集的数据作出的a－F图线可知，小车运动所受摩擦力为0.13N，实验前要先平衡摩擦力。

3.某实验小组利用如图所示的气垫导轨实验装置来探究合力一定时，物体的加速度与质量之间的关系。

（1）做实验时，将滑块从图所示位置由静止释放，由数字计时器（图中未画出）可读出遮光条通过光电门1、2的时间分别为Δt1、Δt2；用刻度尺测得两个光电门中心之间的距离x，用游标卡尺测得遮光条宽度d。

则滑块经过光电门1时的速度表达式v1=；，滑块加速度的表达式a=。

（以上表达式均用已知字母表示）。

（2）为了保持滑块所受的合力不变，可改变滑块质量M和气垫导轨右端高度h（见图）。

关于“改变滑块质量M和气垫导轨右端的高度h”的正确操作方法是。

A．M增大时，h增大，以保持二者乘积增大

B．M增大时，h减小，以保持二者乘积不变

C．M减小时，h增大，以保持二者乘积不变

D．M减小时，h减小，以保持二者乘积减小

3.答案：

（1）

；

；

（2）BC

解析：

由速度的定义式可得滑块经过光电门1时的速度表达式v1=

；经过光电门2时的速度表达式v2=

；由2ax=v22-v12，解得滑块加速度的表达式a=

；滑块沿斜面向下运动所受合外力为Mgsinθ=Mgh/L，为了保持滑块所受的合力不变，M增大时，h减小，以保持二者乘积不变；或M减小时，h增大，以保持二者乘积不变，选项BC正确。

第15题图

4．（9分）如图所示，是某次利用气垫导轨探究加速度与力、质量关系的实验装置安装完毕后的示意图，图中A为砂桶和砂，B为定滑轮，C为滑块及上面添加的砝码，D为纸带，E为电火花计时器，F为蓄电池、电压为6V，G是电键，请指出图中的三处错误：

（1）___________________________________________；

（2）____________________________________________________；

（3）_______________________________________________．

4.答案：

（1）B接滑块的细线应与导轨平行；

（2）C滑块离计时器太远，应该靠近计时器；

（3）E电火花计时器用的是220V交变电流，不能接直流电。

5.．（9分）某个同学分别做“探究加速度与力、质量关系”的实验。

如图甲所示是该同学探究小车加速度与力的关系的实验装置，他将光电门固定在水平轨道上的B点，用不同重物通过细线拉同一小车，每次小车都从同一位置A由静止释放．

（1）若用游标卡尺测出光电门遮光条的宽度d如图乙所示，则d=▲cm；实验时将小车从图示位置由静止释放，由数字计时器读出遮光条通过光电门的时间∆t，则小车经过光电门时的速度为（用字母表示）；

（2）实验中可近似认为细线对小车的拉力与重物重力大小相等，则重物的质量m与小车的质量M间应满足的关系为；

（3）测出多组重物的质量m和对应遮光条通过光电门的时间∆t，并算出相应小车经过光电门时的速度v，通过描点作出线性图象，研究小车加速度与力的关系。

处理数据时应作出（选填“v—m”或“v2—m”）图象；

（4）该同学在③中作出的线性图象不通过坐标原点，开始实验前他应采取的做法是

A．将不带滑轮的木板一端适当垫高，使小车在钩码拉动下恰好做匀速运动

B．将不带滑轮的木板一端适当垫高，使小车在钩码拉动下恰好做匀加速运动

C．将不带滑轮的木板一端适当垫高，在不挂钩码的情况下使小车恰好做匀速运动

D．将不带滑轮的木板一端适当垫高，在不挂钩码的情况下使小车恰好做匀加速运动

5、答案：

（1）1.050（2分），

（1分）

（2）m＜＜M（2分）

（3）v2—m（2分）

（4）C（2分）

解析：

根据游标卡尺读数规则，遮光条的宽度d=10mm+10×0.05mm=10.50mm=1.050cm。

由速度定义可知，小车经过光电门时的速度为v=

。

每次小车都从同一位置A由静止释放，测出小车上遮光条通过光电门时的速度v，在小车质量M远远大于重物的质量m时，小车所受拉力可认为等于mg，由v2=2aL，mg=Ma可得v2与m成正比，因此处理数据时应作出v2—m图象。

该同学在③中作出的线性图象不通过坐标原点，原因是没有平衡摩擦力。

开始实验前他应采取的做法是将不带滑轮的木板一端适当垫高，在不挂钩码的情况下使小车恰好做匀速运动，选项C正确。

6．某研究性学习小组采用如图甲所示的装置，探究物体的加速度与质量的关系．提供的器材有：

气垫导轨、滑块（总质量为m，左端装有遮光板）、光电门（配接数字计时器）、米尺、铁架台．实验中，测出导轨顶端A与光电门所在位置B的距离为L，导轨顶端距水平面的高度为h．

（1）用游标卡尺测量遮光板的宽度d，如图所示，则d=mm

（2）接通气源，让滑块从A端由静止开始向下运动，读出遮光板通过光电门的时间为t1，若遮光板的宽度用d表示，则滑块运动到B点时的速度v1=，下滑过程的加速度a1=．

（3）实验中，为使滑块受到的合外力保持不变，在改变滑块质量m时，应调节，使保持不变．测出多组m、t数据后，描点做出（选填“t2–m”，“t2–

”）的线性图象，可得出加速度与质量的关系．

6．答案：

（1）3.25（2分）

（2）

（1分）

（2分）

（3）导轨顶端距水平面的高度h（1分）m•h（1分）t2−m（2分）

解析：

根据游标卡尺读数规则，遮光板的宽度d=3mm+5×0.05mm=3.25mm。

由速度的定义，滑块运动到B点时的速度v1=

。

由v12=2a1L得下滑过程的加速度a1=

。

滑块下滑，所受合外力为mgsinθ=mgh/L，为使滑块受到的合外力保持不变，在改变滑块质量m时，应调节h，使m•h保持不变。

物体下滑加速度a=F/m，a=

，联立得出t2=

m。

测出多组m、t数据后，描点做出t2−m图象，可得出加速度与质量的关系．

7.为探究“合外力一定时，物体运动的加速度与质量的关系”，某同学设计了如图所示的实验装置：

A1A2是倾角可以调节的长斜面，B是不计摩擦力的小车，另有计时器、米尺、天平和砝码等，完成下列步骤中的填空：

（用测得的物理量符号表示）

（1）用天平测出小车的质量M，用米尺测出斜面上固定点P与斜面底端A2间的距离x；

（2）让小车自P点从静止开始下滑到A2，记下所用的时间t1，则小车的加速度a1=；

（3）用米尺测量P点相对于A2所在水平面的高度h1，则小车所受的合力F=；

（4）在小车中加质量为m的砝码，要使小车（包括砝码）受到的合力不变，则应同时改变P点相对于A2所在水平面的高度为h2，那么h2/h1=；

（5）测量小车（包括砝码）自P点从静止下滑到A2所用的时间t2．如牛顿第二定律成立，那么两次小车（包括砝码）质量比与小车运动时间应满足的关系是

=；

（6）多次改变小车（包括砝码）的质量及P点相应的高度，同时测量小车自P点从静止下滑到A2所用的时间，以小车（包括砝码）的质量为横坐标，时间的平方为纵坐标，根据实验数据作图，如能得到一条，则可得到“当合外力一定时，物体运动的加速度与其质量成反比”。

7.答案：

（2）

（3）Mgh1/x（4）

（5）

（6）过原点的直线

解析：

由x=

a1t12，解得小车的加速度a1=

；小车所受的合力F=Mgsinθ=Mgh1/x；要使小车（包括砝码）受到的合力不变，就是要满足Mh1=（M+m）h2，即h2/h1=

；由于小车的加速度a1=

，要得到“当合外力一定时，物体运动的加速度与其质量成反比”，以小车（包括砝码）的质量为横坐标，时间的平方为纵坐标，根据实验数据作图，必须得到一条过原点的直线，才能说明“当合外力一定时，物体运动的加速度与其质量成反比”。

8．（6分）在“探究加速度与物体受力的关系”活动中，某小组设计了如图所示的实验。

图中上下两层水平轨道表面光滑，两完全相同的小车前端系上细线，细线跨过滑轮并分别挂上装有不同质量砝码的盘，两小车尾部细线水平连到控制装置上，实验时通过控制细线使两小车同时开始运动，然后同时停止。

实验中：

（1）应使砝码和盘的总质量远小于小车的质量，这时可认为小车受到的合力的大小等于。

（2）若测得小车1、2的位移分别为x1和x2，则小车1、2的加速度之比

。

（3）要达到实验目的，还需测量的物理量是。

8．（6分）答案：

（1）砝码和盘的总重（2分）

（2）x1/x2（2分）

（3）两组砝码和盘的总重量（质量）（或盘的质量、两砝码和盘的总重量的比值）

解析：

使砝码和盘的总质量远小于小车的质量，这时可认为小车受到的合力的大小等于砝码和盘的总重力；由x=at2/2，若测得小车1、2的位移分别为x1和x2，则小车1、2的加速度之比

x1/x2；要“探究加速度与物体受力的关系”，要达到实验目的，还需测量的物理量两组砝码和盘的总重量（质量）。

9.（9分）某研究小组在“探究加速度和力、质量的关系”时，利用气垫导轨和光电门进行实验。

气垫导轨可以在滑块与导轨之间形成很薄的空气膜，从而极大地减少摩擦力的影响，滑块的运动可以近似看成无摩擦运动。

光电门可以准确地记录滑块挡光板通过光电门的时间，从而得到滑块通过光电门的速度，如图所示。

（1）实验时，该小组将托盘和砝码的重力作为滑块所受合外力，但实际上二者只是近似相等，请回答，二者近似相等需要满足什么条件？

________________________________________________________________

（2）滑块挡光板宽度为d，某次实验时发现光电门记录时间为△t，则滑块通过光电门时的速度大小的表达式v=__________。

（3）该小组保持滑块质量恒定，光电门的位置固定，并且始终从同一位置释放，不断改变砝码的个数，并通过计算得到多组滑块通过光电门的数据，如下表所示。

为了便于研究合外力与加速度的关系，该小组用托盘和砝码的总质量代表合外力作为横轴，请你选择合适的物理量代表加速度作为纵轴，并利用表格中数据在坐标纸中选择标度描点作图。

通过绘出的图线可以得到如下结论：

在滑块质量一定时，_________________________________。

9．答案：

（1）托盘和砝码的总质量远小于滑块的质量（2分）

（2）d/△t（2分）

（3）绘出的图线如图所示。

加速度与合外力成正比（2分）

解析：

将托盘和砝码的重力作为滑块所受合外力，二者近似相等需要满足托盘和砝码的总质量远小于滑块的质量。

滑块通过光电门时的速度大小的表达式v=d/△t。

滑块始终从同一位置释放，做初速度为零的匀加速直线运动，v2=2ax，可以选择v2代表加速度作为纵轴，用托盘和砝码的总质量代表合外力作为横轴，绘出的图线是一倾斜直线，可以得到如下结论：

在滑块质量一定时，加速度与合外力成正比。

10．（8分）为了探究加速度与力、质量的关系，某实验小组设计如图1所示的实验装置：

一个木块放在水平长木板上，通过细线跨过定滑轮与重物相连，木块与纸带相连，在重物牵引下，木块向左运动，重物落地后，木块做匀减速运动，打出的纸带如图2所示，不计纸带所受到的阻力。

交流电频率为50Hz，重力加速度g取10m/s2。

（1）木块加速阶段的加速度为m/s2

（2）木块与木板间的动摩擦因数μ=

（3）某同学发现在实验中未平衡木块与木板间的摩擦力，接着他应当，将木板右端垫高，使木块沿木板匀速下滑。

10．答案：

（1）1.5（3分）

（2）0.1（3分）（3）取下重物（2分）

解析：

木块加速阶段对应纸带左端，由逐差法和△x=at2，t=2×0.02s=0.04s解得木块加速阶段的加速度1.5m/s2；木块减速阶段对应纸带右端，由逐差法和△x=at2，t=2×0.02s=0.04s解得木块减速阶段的加速度大小a2=1.0m/s2；木块与木板间的动摩擦因数μ=a/g=0.1.某同学发现在实验中未平衡木块与木板间的摩擦力，接着他应当取下重物，将木板右端垫高，使木块沿木板匀速下滑。

11.下图为研究加速度和力的关系的实验装置。

（1）在本实验中，用钩码所受的重力大小当做小车所受的________，用DIS系统测小车的加速度。

在改变所挂钩码的数量，多次重复测量中，有无必要同时在小车上加减砝码_______（选填“需要”“不需要”）。

（2）根据在某次实验中测得的多组数据可画出a—F关系图线（如图所示）。

分析此图线的OA段可得出的实验结论是_____________________

此图线的AB段明显偏离直线，造成此误差的主要原因是_______（选填A、B、C、D其中一项）

A.小车与轨道之间存在摩擦

B.导轨保持了水平状态

C.所挂钩码的总质量太大

D.所用小车的质量太大

11.答案：

（1）合外力不需要

（2）①在质量不变的条件下，加速度与外力成正比。

②C

解析：

在本实验中，用钩码所受的重力大小当做小车所受的合外力，用DIS系统测小车的加速度。

在改变所挂钩码的数量多次重复测量中，必须保证小车质量不变，不需要在小车上加减砝码；根据在某次实验中测得的多组数据可画出a—F关系图线（如图所示）。

分析此图线的OA段可得出的实验结论是：

在质量不变的条件下，加速度与外力成正比。

此图线的AB段明显偏离直线，造成此误差的主要原因是所挂钩码的总质量太大，不能满足所挂钩码的总质量远远小于小车质量。

12.如图所示，为“探究加速度与力、质量的关系”实验装置图。

图中A为小车，B为砝码及砝码盘，C为一端带有定滑轮的长木板，小车通过纸带与电火花打点计时器相连，计时器接50Hz交流电。

小车A的质量为m1，砝码及砝码盘B的质量为m2。

（1）下列说法正确的是。

A．每次改变小车质量时，应重新平衡摩擦力

B．实验时应先释放小车后接通电源

C．本实验m2应远大于m1

甲

D．在用图象探究加速度与质量关系时，应作a-

图象

（2）实验时，某同学由于疏忽，遗漏了平衡摩擦力这一步骤，他测量得到的a-F图像，可能是图中的图线。

（选填“甲”、“乙”、“丙”）

（3）如图所示为某次实验得到的纸带，纸带中相邻计数点间的距离已标出，相邻计数点间还有四个点没有画出。

由此可求得小车的加速度大小    m/s2。

（结果保留二位有效数字）

12.答案：

（1）D

（2）丙（3）0.49或0.50

解析：

每次改变小车质量时，不需要重新平衡摩擦力；实验时应先接通电源后释放小车；本实验m2应远小于m1，选项ABC错误。

由牛顿第二定律可知，在用图象探究加速度与质量关系时，应作a-

图象，选项D正确。

如果遗漏了平衡摩擦力这一步骤，加了较小的力，小车仍静止，他测量得到的a-F图像为丙。

由△x=aT2可得小车的加速度大小为0.50m/s2。

13.某个同学分别做“探究加速度与力、质量关系”的实验。

如图甲所示是该同学探究小车加速度与力的关系的实验装置，他将光电门固定在水平轨道上的B点，用不同重物通过细线拉同一小车，每次小车都从同一位置A由静止释放．

（1）若用游标卡尺测出光电门遮光条的宽度d如图乙所示，则d=cm；实验时将小车从图示位置由静止释放，由数字计时器读出遮光条通过光电门的时间∆t，则小车经过光电门时的速度为（用字母表示）；

（2）实验中可近似认为细线对小车的拉力与重物重力大小相等，则重物的质量m与小车的质量M间应满足的关系为；

（3）测出多组重物的质量m和对应遮光条通过光电门的时间∆t，并算出相应小车经过光电门时的速度v，通过描点作出线性图象，研究小车加速度与力的关系。

处理数据时应作出（选填“v—m”或“v2—m”）图象；

（4）该同学在③中作出的线性图象不通过坐标原点，开始实验前他应采取的做法是

A．将不带滑轮的木板一端适当垫高，使小车在钩码拉动下恰好做匀速运动

B．将不带滑轮的木板一端适当垫高，使小车在钩码拉动下恰好做匀加速运动

C．将不带滑轮的木板一端适当垫高，在不挂钩码的情况下使小车恰好做匀速运动

D．将不带滑轮的木板一端适当垫高，在不挂钩码的情况下使小车恰好做匀加速运动

13.答案：

（1）1.050，

（2）m＜＜M（3）v2—m（4）C

解析：

根据游标卡尺读数规则，遮光条的宽度d=10mm+10×0.05mm=10.50mm=1.050cm。

由速度定义可知，小车经过光电门时的速度为v=

。

每次小车都从同一位置A由静止释放，测出小车上遮光条通过光电门时的速度v，在小车质量M远远大于重物的质量m时，小车所受拉力可认为等于mg，由v2=2aL，mg=Ma可得v2与m成正比，因此处理数据时应作出v2—m图象。

该同学在③中作出的线性图象不通过坐标原点，原因是没有平衡摩擦力。

开始实验前他应采取的做法是将不带滑轮的木板一端适当垫高，在不挂钩码的情况下使小车恰好做匀速运动，选项C正确。