2020届高考物理复习牛顿运动定律高效演练创新预测实验四验证牛顿运动定律（含解析）新人教版

2020届高考物理复习牛顿运动定律高效演练创新预测实验四验证牛顿运动定律（含解析）新人教版

验证牛顿运动定律1.某物理兴趣小组利用如图甲所示的装置来测量物体间的动摩擦因数，实验步骤如下：①把“”形木块放在光滑水平面上，木块表面AB、BC粗糙程度相同；②木块右侧与竖直墙壁之间连接着一个力传感器(当力传感器受水平压力时，其示数为正值；当力传感器受到水平拉力时，其示数为负值)；③一个可视为质点的滑块从C点由静止开始下滑，运动过程中，传感器记录到的力与时间的关系如图乙所示(滑块经过B时的速率不变)。回答下列问题：(1)为了测出滑块与“”形木块的动摩擦因数，需要测量或已知哪些物理量_________； A.BC的长度　　　　B.斜面BC的倾角θC.图乙中F1的大小D.图乙中F2的大小E.AB的长度(2)若已经由实验得到(1)中所需要物理量，滑块与“”形木块间的动摩擦因数μ=_________。 【解析】(1)为了测量出滑块与“”形木块的动摩擦因数，需要测量或已知的物理量是斜面BC的倾角θ、图乙中F1的大小、图乙中F2的大小，综上可知，应选B、C、D；(2)滑块在斜面上时，由牛顿第二定律知F1+μmgcos2θ=mgcosθsinθ，滑块在平面上时F2=μmg，解得μ=。答案：(1)B、C、D　(2)2.现要验证“当质量一定时，物体运动的加速度与它所受的合外力成正比”这一物理规律。给定的器材如下：一倾角可以调节的长斜面(如图所示)、小车、计时器一个、米尺。n填入适当的公式或文字，完善以下实验步骤(不考虑摩擦力的影响)：(1)让小车自斜面上方一固定点A1从静止开始下滑至斜面底端A2，记下所用的时间t。(2)用米尺测量A1与A2之间的距离x，则小车的加速度a=_________。 (3)用米尺测量A1相对于A2的高度h，设小车所受重力为mg，则小车所受合外力F=_________。 (4)改变______________　， 重复上述测量。【解析】(2)由x=at2可得：a=。(3)sinθ=，不计摩擦力时，小车的合外力F=mgsinθ=mg；(4)小车的质量不变，要改变小车所受的合外力F重做上述实验时，只要改变斜面的倾角(或A1、A2两点间的高度h的数值)即可。答案：(2)　(3)mg(4)斜面倾角或A1、A2两点间的高度h3.如图为“用DIS(位移传感器、数据采集器、计算机)研究加速度和力的关系”的实验装置。(1)在该实验中必须采用控制变量法，应保持_________不变，用钩码所受的重力作为___________，用DIS测小车的加速度。 (2)改变所挂钩码的数量，多次重复测量。在某次实验中根据测得的多组数据可画出a-F关系图线(如图所示)。此图线的AB段明显偏离直线，造成此误差的主要原因是(　　)nA.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【解析】(1)探究加速度与力的关系，应保持小车的质量不变，用钩码所受的重力作为小车受到的合外力；(2)本实验要探索“加速度和力的关系”所以应保持小车的总质量不变，钩码所受的重力作为小车所受合外力；由于OA段a-F关系为一倾斜的直线，所以在质量不变的条件下，加速度与外力成正比；设小车的质量为M，钩码的质量为m，由实验原理得：mg=Ma得a==，而实际上a′=，可见AB段明显偏离直线是由于没有满足M≫m造成的。答案：(1)小车的总质量　小车所受外力　(2)C4.某实验小组利用拉力传感器和打点计时器“探究加速度与力的关系”。他们将拉力传感器固定在小车上记录小车受到拉力的大小，按照甲图进行实验，释放纸带时，小车处于甲图所示的位置。(1)指出甲图中的一处错误：　__________。 (2)下列说法正确的是(　　)A.实验之前，要先平衡摩擦力B.小车的质量要远小于所挂钩码的质量C.应调节滑轮的高度使细线与木板平行D.实验时应先释放纸带，再接通电源(3)图乙是实验中获得的一条纸带的某部分，选取A、B、C、D、E计数点(每两个计数点间还有4个点未画出)，AC间的距离为_________。 n(4)若打点计时器使用的交流电频率为50Hz，则小车的加速度大小为___________m/s2。(保留两位有效数字) 【解析】(1)打点计时器的电源应接交流电，而图中接了直流电；小车释放时未靠近打点计时器；实验前未平衡摩擦力。(2)为使合力等于绳子的拉力，实验前需要平衡摩擦力且应调节滑轮的高度使细线与木板平行，故A、C正确；在钩码的质量远小于小车的质量时，小车受到的拉力近似等于钩码受到的重力，故B错误；实验时应先接通电源，然后再释放小车，故D错误；故选A、C。(3)由图读出AC的距离x=3.10cm。(4)根据作差法得：a===m/s2≈0.98m/s2。答案：(1)打点计时器的电源接了直流电；小车释放时离打点计时器太远；实验前未平衡摩擦阻力(任选一个)　(2)A、C　(3)3.10cm(3.09cm、3.11cm均正确)(4)0.98【加固训练】　　(2016·全国卷Ⅲ)某物理课外小组利用图甲中的装置探究物体加速度与其所受合外力之间的关系。图中，置于实验台上的长木板水平放置，其右端固定一轻滑轮；轻绳跨过滑轮，一端与放在木板上的小滑车相连，另一端可悬挂钩码。本实验中可用的钩码共有N=5个，每个质量均为0.010kg。实验步骤如下：(1)将5个钩码全部放入小车中，在长木板左下方垫上适当厚度的小物块，使小车(和钩码)可以在木板上匀速下滑。n(2)将n(依次取n=1，2，3，4，5)个钩码挂在轻绳右端，其余N-n个钩码仍留在小车内；用手按住小车并使轻绳与木板平行。释放小车，同时用传感器记录小车在时刻t相对于其起始位置的位移s，绘制s-t图象，经数据处理后可得到相应的加速度a。(3)对应于不同的n的a值见下表。n=2时的s-t图象如图乙所示；由图乙求出此时小车的加速度(保留2位有效数字)，将结果填入下表。n12345a/(m·s-2)0.200.580.781.00(4)利用表中的数据在图丙中补齐数据点，并作出a-n图象。从图象可以看出：当物体质量一定时，物体的加速度与其所受的合外力成正比。(5)利用a-n图象求得小车(空载)的质量为_____kg(保留2位有效数字，重力加速度g取9.8m/s2)。 n(6)若以“保持木板水平”来代替步骤(1)，下列说法正确的是_____(填入正确选项前的标号)。 A.a-n图线不再是直线B.a-n图线仍是直线，但该直线不过原点C.a-n图线仍是直线，但该直线的斜率变大【解析】(3)由于小车做的是匀加速直线运动，由s=at2，将特殊点(2，0.80)代入得a=0.40m/s2。(4)利用描点法可得如图所示图线(5)根据牛顿第二定律可得nmg=(M+Nm)a。代入m=0.010kg，n=1、2、3、4、5以及相应的加速度可求得M=0.44kg。(6)若不平衡摩擦力，则有nmg-μ[M+(N-n)m]g=(M+Nm)a，解得a=·n-μg，故图线不过原点，但仍然是直线，且斜率增大，A错误，B、C正确。答案：(3)0.40　(4)见解析图　(5)0.44(6)B、C