第4講 實(shí)驗(yàn)四 驗(yàn)證牛頓運(yùn)動(dòng)定律 1.(5分)(2020·中山模擬)在“驗(yàn)證牛頓第二定律”的實(shí)驗(yàn)中,以下做法正確的是B。A.平衡摩擦力時(shí),應(yīng)將小盤用細(xì)繩通過定滑輪系在小車上B.每次改變小車的質(zhì)量時(shí),不需要重新平衡摩擦力C.實(shí)驗(yàn)時(shí),先放開小車,再接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源D.求小車運(yùn)動(dòng)的加速度時(shí),可用天平測(cè)出小盤和砝碼的質(zhì)量(M'和m')以及小車質(zhì)量M,直接用公式a=g求出【解析】平衡摩擦力時(shí),不能給小車任何牽引力,A項(xiàng)錯(cuò)誤;由mgsin =mgcos ,小車質(zhì)量能約去,所以改變小車質(zhì)量時(shí),不需要重新平衡摩擦力,B項(xiàng)正確;實(shí)驗(yàn)時(shí),要先接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源,再放開小車,C項(xiàng)錯(cuò)誤;此實(shí)驗(yàn)是驗(yàn)證牛頓第二定律,而不是應(yīng)用牛頓第二定律,D項(xiàng)錯(cuò)誤。2.(10分)(2020·長(zhǎng)沙二中期中檢測(cè))用圖a所示的實(shí)驗(yàn)裝置驗(yàn)證牛頓第二定律。(1)某同學(xué)通過實(shí)驗(yàn)得到如圖b所示的a-F圖象,造成這一結(jié)果的原因是在平衡摩擦力時(shí)長(zhǎng)木板的傾角過大,圖中a0表示的是未掛沙桶時(shí)小車的加速度。(5分)(2)某同學(xué)得到如圖c所示的紙帶。已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器電源頻率為50 Hz。A、B、C、D、E、F、G是紙帶上7個(gè)連續(xù)的點(diǎn),x=xDG-xAD=1.80cm。由此可算出小車的加速度a=5.0m/s2。(5分)【解析】(1)a-F圖象的縱軸截距大于零是因?yàn)槠胶饽Σ亮^度,即長(zhǎng)木板的傾角過大造成的;a-F圖象的縱軸截距a0表示的是未掛沙桶時(shí)小車的加速度。(2)x=xDG-xAD=3.90 cm-2.10 cm=1.80 cm;由x=xDG-xAD=a(3T)2,解得a=5.0 m/s2。3.(10分)(2020·鄭州質(zhì)檢)為了“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”,現(xiàn)提供如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置。請(qǐng)思考探究并回答下列問題:(1)為了消除小車與水平木板之間摩擦力的影響應(yīng)采取的做法是C。(3分)A.將木板不帶滑輪的一端適當(dāng)墊高,使小車在鉤碼拉動(dòng)下恰好做勻速運(yùn)動(dòng)B.將木板帶滑輪的一端適當(dāng)墊高,使小車在鉤碼拉動(dòng)下恰好做勻速運(yùn)動(dòng)C.將木板不帶滑輪的一端適當(dāng)墊高,在不掛鉤碼的情況下使小車恰好做勻速運(yùn)動(dòng)D.將木板不帶滑輪的一端適當(dāng)墊高,在不掛鉤碼的情況下使小車能夠靜止在木板上(2)在實(shí)驗(yàn)中,得到一條打點(diǎn)的紙帶,如圖所示,已知相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔為T,且間距x1、x2、x3、x4、x5、x6已量出,則小車加速度的表達(dá)式為a= 。(3分)(3)有一組同學(xué)保持小車及車中的砝碼質(zhì)量一定,探究加速度a與所受外力F的關(guān)系,他們?cè)谲壍浪胶蛢A斜兩種情況下分別做了實(shí)驗(yàn),得到了兩條a-F圖線,如圖所示。圖線(填“”或“”)是在軌道傾斜情況下得到的;小車及車中的砝碼總質(zhì)量m=0.5 kg。(4分)【解析】(1)為平衡滑動(dòng)摩擦力,應(yīng)使小車的重力沿斜面向下的分力與滑動(dòng)摩擦力相等,此時(shí)不能連接鉤碼,故C項(xiàng)正確。(2)計(jì)算加速度可用逐差法得到三個(gè)加速度再取平均值,此時(shí)誤差較小,則a=。(3)軌道傾斜太大,即沒有鉤碼拉小車也將加速下滑,因此圖線為軌道傾斜情況下得到的。由題圖中圖線可得mgsin -Ff=ma0,F1+mgsin -Ff=ma1,可得:F1+ma0=ma1,由圖象知F1=1 N,a0=2 m/s2,a1=4 m/s2,得m=0.5 kg。4.(20分)(2020·浙江紹興第一中學(xué)月考)如圖所示為“探究加速度與物體受力的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)裝置圖。圖中A為小車,質(zhì)量為m1,連接在小車后面的紙帶穿過電火花打點(diǎn)計(jì)時(shí)器B,它們均置于水平放置的一端帶有定滑輪的足夠長(zhǎng)的木板上,P的質(zhì)量為m2,C為彈簧測(cè)力計(jì),實(shí)驗(yàn)時(shí)改變P的質(zhì)量,讀出測(cè)力計(jì)不同讀數(shù)F,不計(jì)繩與滑輪的摩擦及動(dòng)滑輪的重力。(1)電火花打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的工作電壓為交(填“交”或“直”)流220V。(5分)(2)下列說法正確的是B。(5分)A.一端帶有定滑輪的長(zhǎng)木板必須保持水平B.實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)先接通電源后釋放小車C.實(shí)驗(yàn)中m2應(yīng)遠(yuǎn)小于m1D.測(cè)力計(jì)的讀數(shù)始終為(3)如圖為某次實(shí)驗(yàn)得到的紙帶,紙帶上標(biāo)出了所選的四個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)之間的距離,相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間還有四個(gè)點(diǎn)沒有畫出。由此可求得小車的加速度大小是0.50m/s2(交流電的頻率為50 Hz,結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)。(5分)(4)實(shí)驗(yàn)時(shí),某同學(xué)由于疏忽,遺漏了平衡摩擦力這一步驟,他測(cè)量得到的a-F圖象可能是下圖中的圖線C。(5分)【解析】(1)電火花打點(diǎn)計(jì)時(shí)器工作電壓為220 V交變電流。(2)一端帶有定滑輪的長(zhǎng)木板必須稍微傾斜,以平衡摩擦力,A項(xiàng)錯(cuò)誤;實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)先接通電源后釋放小車,B項(xiàng)正確;實(shí)驗(yàn)中m2不必遠(yuǎn)小于m1,C項(xiàng)錯(cuò)誤;由于P向下加速運(yùn)動(dòng),測(cè)力計(jì)的讀數(shù)始終小于,D項(xiàng)錯(cuò)誤。(3)由x=aT2解得小車的加速度大小是0.50 m/s2。(4)遺漏了平衡摩擦力這一步驟,他測(cè)量得到的a-F圖象,應(yīng)該是當(dāng)F從某一值開始增大時(shí),加速度a才開始增大,所以可能是圖線C。5.(15分)某實(shí)驗(yàn)小組利用彈簧測(cè)力計(jì)和刻度尺,測(cè)量滑塊在木板上運(yùn)動(dòng)的最大速度。實(shí)驗(yàn)步驟:用彈簧測(cè)力計(jì)測(cè)量橡皮泥和滑塊的總重力,記作G;將裝有橡皮泥的滑塊放在水平木板上,通過水平細(xì)繩和固定彈簧測(cè)力計(jì)相連,如圖甲所示。在A端向右拉動(dòng)木板,待彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)穩(wěn)定后,將讀數(shù)記作F;改變滑塊上橡皮泥的質(zhì)量,重復(fù)步驟;實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下表所示:G/N1.502.002.503.003.504.00F/N0.590.830.991.221.371.61如圖乙所示,將木板固定在水平桌面上,滑塊置于木板上左端C處,細(xì)繩跨過定滑輪分別與滑塊和重物P連接,保持滑塊靜止,測(cè)量重物P離地面的高度h;滑塊由靜止釋放后開始運(yùn)動(dòng)并最終停在木板上的D點(diǎn)(未與滑輪碰撞),測(cè)量C、D間的距離s。完成下列作圖和填空:(1)根據(jù)表中數(shù)據(jù)在給定坐標(biāo)紙上作出F-G圖線。(5分)答案:如圖所示(2)由圖線求得滑塊和木板間的動(dòng)摩擦因數(shù)=0.40(0.380.42均正確)(保留2位有效數(shù)字)。(5分)(3)滑塊最大速度的大小v= (用h、s、和重力加速度g表示)。(5分)【解析】(1)由胡克定律可知F-G圖線應(yīng)為一條直線,因此應(yīng)畫一條直線盡可能通過較多的點(diǎn)。(2)由F=G知,動(dòng)摩擦因數(shù)等于圖中直線的斜率,求得=0.40(0.38、0.39、0.41、0.42均正確)。(3)懸掛物P落地之前,滑塊受到細(xì)繩拉力和摩擦力作用在木板上加速,該過程位移為h,P落地后滑塊只在摩擦力的作用下做減速運(yùn)動(dòng),該過程位移為s-h。P落地瞬間,滑塊速度最大,根據(jù)滑塊減速階段的運(yùn)動(dòng)得v2=2a(s-h),又mg=ma,解得v=。