課時(shí)作業(yè)(十五)驗(yàn)證牛頓運(yùn)動(dòng)定律 基礎(chǔ)訓(xùn)練1某同學(xué)做“探究加速度與力的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)的探究對(duì)象是鋁塊(質(zhì)量小于砂桶的質(zhì)量)，在靜止釋放輕繩前，裝置如圖甲所示：(1)該同學(xué)在實(shí)驗(yàn)操作中有兩處明顯錯(cuò)誤，分別是_和_(2)糾錯(cuò)后開(kāi)始實(shí)驗(yàn)：保持鋁塊的質(zhì)量m不變，通過(guò)在砂桶中添加砂來(lái)改變對(duì)鋁塊的拉力；每次釋放輕繩，由力傳感器可測(cè)得拉力的大小F，由紙帶上打出的點(diǎn)可算出對(duì)應(yīng)加速度的大小a；已知重力加速度為g.該同學(xué)根據(jù)多組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)畫出如圖乙所示的一條過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)的直線，他標(biāo)注縱軸為加速度a，但忘記標(biāo)注橫軸，你認(rèn)為橫軸代表的物理量是_(用所給的字母表示)(3)若把力傳感器裝在右側(cè)輕繩上，則實(shí)驗(yàn)的誤差會(huì)更_(填“大”或“小”)(4)本裝置還可用來(lái)做_的實(shí)驗(yàn)(只填一個(gè))答案：見(jiàn)解析解析：(1)該同學(xué)在實(shí)驗(yàn)操作中有兩處明顯錯(cuò)誤，分別是：打點(diǎn)計(jì)時(shí)器錯(cuò)接在直流電源上；要進(jìn)行打點(diǎn)的紙帶留得太短(2)鋁塊受重力mg和拉力F，所以鋁塊的合力F合Fmg，所以橫軸代表的物理量是Fmg.(3)由于滑輪的摩擦，若把力傳感器裝在右側(cè)輕繩上，則實(shí)驗(yàn)的誤差會(huì)更大(4)本裝置還可用來(lái)做探究動(dòng)能定理(或驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律或探究加速度與質(zhì)量的關(guān)系)的實(shí)驗(yàn)2某課外活動(dòng)小組設(shè)計(jì)了如圖甲所示的實(shí)驗(yàn)來(lái)測(cè)量小物塊與斜面間的動(dòng)摩擦因數(shù)如圖甲所示，位移傳感器與電腦相連后固定于傾角為30的斜面底端，已知位移傳感器可以測(cè)量小物塊與傳感器的間距x并通過(guò)數(shù)據(jù)線輸入電腦，現(xiàn)用小錘打擊置于斜面頂端的小物塊，使之沿斜面下滑，以x為縱軸，以時(shí)間t為橫軸，得到如圖乙所示的xt圖象(1)小物塊的加速度大小為_(kāi)(2)為了計(jì)算得到小物塊與斜面間的動(dòng)摩擦因數(shù)，是否需要測(cè)量小物塊的質(zhì)量_(填“需要”或“不需要”)，小物塊與斜面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為_(kāi)(已知重力加速度取g10 m/s2)(3)理論上，乙圖的中應(yīng)填入的數(shù)據(jù)為_(kāi)答案：(1)2.5 m/s2(2)不需要(3)20解析：(1)由圖象可知，連續(xù)相等時(shí)間位移差為定值，均為10 cm，由xaT2，解得a2.5 m/s2；(2)由圖象可知，小物塊做減速運(yùn)動(dòng)，由牛頓第二定律mgcos mgsin ma，化簡(jiǎn)得：agcos gsin ，故不需要測(cè)量質(zhì)量，代入數(shù)據(jù)解得：；(3)由圖象可知，初速度v2 m/s，小物塊減速過(guò)程的位移x0.8 m，故小物塊與傳感器間距不變時(shí)間距大小為100 cm80 cm20 cm.故縱軸應(yīng)填入的數(shù)據(jù)是20.3(2018云南十一校調(diào)研)如圖甲所示，力傳感器A與計(jì)算機(jī)相連接，可獲得力隨時(shí)間變化的規(guī)律，將力傳感器固定在水平桌面上，測(cè)力端通過(guò)輕質(zhì)細(xì)繩與一滑塊相連，調(diào)節(jié)傳感器高度使細(xì)繩水平，滑塊放在較長(zhǎng)的小車上，滑塊的質(zhì)量m1.5 kg，小車的質(zhì)量為M1.65 kg.一根輕質(zhì)細(xì)繩跨過(guò)光滑的輕質(zhì)滑輪，其一端連接小車，另一端系一只空砂桶，調(diào)節(jié)滑輪使桌面上部細(xì)繩水平，整個(gè)裝置處于靜止?fàn)顟B(tài)現(xiàn)打開(kāi)傳感器，同時(shí)緩慢向砂桶里倒入砂，當(dāng)小車剛好開(kāi)始運(yùn)動(dòng)時(shí)，立即停止倒砂若力傳感器采集的Ft圖象如圖乙所示，重力加速度取g10 m/s2，則：(1)滑塊與小車間的動(dòng)摩擦因數(shù)_；若忽略小車與水平桌面間的摩擦，小車穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)時(shí)加速度大小a_ m/s2.(2)若實(shí)驗(yàn)中傳感器測(cè)力端與滑塊間的細(xì)繩不水平，左端略低一些，由此而引起的動(dòng)摩擦因數(shù)的測(cè)量結(jié)果_(填“偏大”或“偏小”)答案：(1)0.20.25(2)偏大解析：(1)根據(jù)題圖乙所示的圖象可知，滑塊所受的滑動(dòng)摩擦力為Ff3.0 N，滑塊與小車之間的正壓力FNmg1.510 N15 N由FfFN，解得0.2.根據(jù)題圖乙可知小車所受拉力等于砂桶和砂的重力mg3.5 N，砂桶和砂的質(zhì)量m0.35 kg.若忽略小車與水平桌面間的摩擦，對(duì)小車和砂桶、砂整體，由牛頓第二定律得mgFf(mM)a，解得小車穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)時(shí)加速度大小a0.25 m/s2.(2)若實(shí)驗(yàn)中傳感器測(cè)力端與滑塊間的細(xì)繩不水平，左端略低一些，滑塊與小車之間的正壓力FN大于重力mg，由此而引起的動(dòng)摩擦因數(shù)的測(cè)量結(jié)果偏大4(2018湖北荊門一模)某研究學(xué)習(xí)小組用如圖甲所示的裝置探究加速度與合力的關(guān)系裝置中的鋁箱下端連接紙帶，砂桶中可放置砂子以改變鋁箱所受的外力大小，鋁箱向上運(yùn)動(dòng)的加速度a可由打點(diǎn)計(jì)時(shí)器和紙帶測(cè)出現(xiàn)保持鋁箱總質(zhì)量m不變，逐漸增大砂桶和砂的總質(zhì)量進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn)，得到多組a、F值(F為力傳感器的示數(shù)，等于懸掛滑輪繩子的拉力)，不計(jì)滑輪的重力(1)某同學(xué)根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)畫出了如圖乙所示的aF關(guān)系圖象，則由該圖象可得鋁箱總質(zhì)量m_kg，重力加速度g_ m/s2(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)(2)當(dāng)砂桶和砂的總質(zhì)量較大導(dǎo)致a較大時(shí)，圖線_(填選項(xiàng)前的字母)A偏向縱軸 B偏向橫軸C斜率逐漸減小 D斜率不變答案：(1)0.259.8(2)D解析：(1)對(duì)鋁箱分析，有FTmgma，對(duì)滑輪有F2FT，聯(lián)立可得aFg，可知圖線的斜率k kg1，解得m0.25 kg，縱軸截距g9.8 m/s2，解得g9.8 m/s2.(2)圖線的斜率k保持不變，為定值，可知當(dāng)砂桶和砂的總質(zhì)量較大時(shí)，圖線的斜率不變，故選D.能力提升5(2018甘肅酒泉一模)物理小組在一次探究活動(dòng)中測(cè)量滑塊與木板之間的動(dòng)摩擦因數(shù)，實(shí)驗(yàn)裝置如圖甲所示，一表面粗糙的木板固定在水平桌面上，一端裝有定滑輪；木板上有一滑塊，其一端與打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的紙帶相連，另一端通過(guò)跨過(guò)定滑輪的細(xì)線與托盤連接打點(diǎn)計(jì)時(shí)器使用的交流電源的頻率為50 Hz.開(kāi)始實(shí)驗(yàn)時(shí)，在托盤中放入適量砝碼，滑塊開(kāi)始做勻加速運(yùn)動(dòng)，在紙帶上打出一系列小點(diǎn)(1)圖乙給出的是實(shí)驗(yàn)中該同學(xué)得到的一條較為理想的紙帶，從清晰的A點(diǎn)開(kāi)始，每隔4個(gè)點(diǎn)取一計(jì)數(shù)點(diǎn)(中間4個(gè)點(diǎn)沒(méi)畫出)，分別記為B、C、D、E、F、G，由此紙帶可得到此次實(shí)驗(yàn)滑塊的加速度a_ m/s2.(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)(2)為測(cè)量動(dòng)摩擦因數(shù)，下列物理量中還應(yīng)測(cè)量的有_(填入所選物理量前的字母)A木板的長(zhǎng)度l B木板的質(zhì)量m1C滑塊的質(zhì)量m2 D托盤和砝碼的總質(zhì)量m3E滑塊運(yùn)動(dòng)的時(shí)間t(3)滑塊與木板間的動(dòng)摩擦因數(shù)_(用所測(cè)物理量的字母表示，重力加速度為g)，與真實(shí)值相比，測(cè)得的動(dòng)摩擦因數(shù)_(填“偏大”或“偏小”)答案：(1)0.48(2)CD(3)偏大解析：(1)根據(jù)a，運(yùn)用逐差法可得a102 m/s20.48 m/s2.(2)以系統(tǒng)為研究對(duì)象，由牛頓第二定律得m3gf(m2m3)a，滑動(dòng)摩擦力fm2g，解得.要測(cè)量動(dòng)摩擦因數(shù)，則需要測(cè)出：滑塊的質(zhì)量m2、托盤和砝碼的總質(zhì)量m3，故C、D正確(3)由(2)可知，動(dòng)摩擦因數(shù)的表達(dá)式為，由于存在限位孔與紙帶的摩擦等，因此導(dǎo)致測(cè)得的動(dòng)摩擦因數(shù)偏大6(2018江西八校聯(lián)考)為了探究質(zhì)量一定時(shí)加速度與力的關(guān)系，一同學(xué)設(shè)計(jì)了如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置其中M為帶滑輪的小車的質(zhì)量，m為砂和砂桶的質(zhì)量(滑輪質(zhì)量不計(jì))(1)實(shí)驗(yàn)時(shí)，一定要進(jìn)行的操作是_A用天平測(cè)出砂和砂桶的質(zhì)量B將帶滑輪的長(zhǎng)木板右端墊高，以平衡摩擦力C小車靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，先接通電源，再釋放小車，打出一條紙帶，同時(shí)記錄彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)D改變砂和砂桶的質(zhì)量，打出幾條紙帶E為減小誤差，實(shí)驗(yàn)中一定要保證砂和砂桶的質(zhì)量m遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量M(2)該同學(xué)在實(shí)驗(yàn)中得到如圖所示的一條紙帶(兩計(jì)數(shù)點(diǎn)間還有兩個(gè)點(diǎn)沒(méi)有畫出)，已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器采用的是頻率為50 Hz的交流電，根據(jù)紙帶可求出小車的加速度為_(kāi)m/s2(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)(3)以彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)F為橫坐標(biāo)，加速度為縱坐標(biāo)，畫出的aF圖象是一條直線，圖線與橫坐標(biāo)的夾角為，求得圖線的斜率為k，則小車的質(zhì)量為_(kāi)A2tan B. Ck D.答案：(1)BCD (2)1.3 (3)D解析：(1)由實(shí)驗(yàn)原理圖可以看出，由彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)可得到小車所受的合外力的大小，故不需要測(cè)砂和砂桶的質(zhì)量，也不需要保證砂和砂桶的質(zhì)量m遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量M，A、E錯(cuò)；為保證繩上拉力提供合外力，必須平衡摩擦力，B對(duì)；小車應(yīng)靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，先接通電源，再釋放小車，同時(shí)讀出彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)，C對(duì)；為了多測(cè)幾組數(shù)據(jù)，需改變砂和砂桶的質(zhì)量多做幾次實(shí)驗(yàn)，D對(duì)(2)由逐差法可得：小車的加速度a，將T3 s0.06 s代入可得a1.3 m/s2.(3)由題圖結(jié)合牛頓第二定律，有2FMa，得aF則圖象斜率k，得小車的質(zhì)量M，故A、B、C錯(cuò)，D對(duì)7(2018湖南長(zhǎng)沙模擬)甲、乙兩同學(xué)均設(shè)計(jì)了測(cè)動(dòng)摩擦因數(shù)的實(shí)驗(yàn)已知重力加速度為g.甲(1)甲同學(xué)所設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)裝置如圖甲所示其中A為一質(zhì)量為M的長(zhǎng)直木板，B為木板上放置的質(zhì)量為m的物塊，C為物塊右端連接的一輕質(zhì)彈簧測(cè)力計(jì)實(shí)驗(yàn)時(shí)用力將A從B的下方抽出，通過(guò)C的讀數(shù)F1即可測(cè)出動(dòng)摩擦因數(shù)則該設(shè)計(jì)能測(cè)出_(填“A與B”或“A與地面”)之間的動(dòng)摩擦因數(shù)，其表達(dá)式為_(kāi)(2)乙同學(xué)的設(shè)計(jì)如圖乙所示他在一端帶有定滑輪的長(zhǎng)木板上固定有A、B兩個(gè)光電門，與光電門相連的計(jì)時(shí)器可以顯示帶有遮光片的物塊在其間的運(yùn)動(dòng)時(shí)間，與跨過(guò)定滑輪的輕質(zhì)細(xì)繩相連的輕質(zhì)測(cè)力計(jì)能顯示掛鉤處所受的拉力實(shí)驗(yàn)時(shí)，多次改變砂桶中砂的質(zhì)量，每次都讓物塊從靠近光電門A處由靜止開(kāi)始運(yùn)動(dòng)，讀出多組測(cè)力計(jì)示數(shù)F及對(duì)應(yīng)的物塊在兩光電門之間的運(yùn)動(dòng)時(shí)間t.在坐標(biāo)系中作出F的圖線如圖丙所示，圖線的斜率為k，與縱軸的截距為b，與橫軸的截距為c.因乙同學(xué)不能測(cè)出小車質(zhì)量，故該同學(xué)還應(yīng)該測(cè)出的物理量為_(kāi)根據(jù)該測(cè)量物理量及圖線信息可知物塊與木板之間的動(dòng)摩擦因數(shù)表達(dá)式為_(kāi) 乙丙答案：(1)A與B (2)光電門A、B之間的距離x 解析：(1)當(dāng)A達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)B處于靜止?fàn)顟B(tài)，彈簧測(cè)力計(jì)的讀數(shù)F與B所受的滑動(dòng)摩擦力Ff大小相等，B對(duì)木板A的壓力大小等于B的重力mg，由FfFN得，由從C上讀取F1，則可求得，為A與B之間的動(dòng)摩擦因數(shù)(2)小車由靜止開(kāi)始做勻加速運(yùn)動(dòng)，位移xat2a根據(jù)牛頓第二定律得對(duì)于物塊，F(xiàn)合Fmgma則：Fmg則圖線的斜率為：k2mx，縱軸的截距為bmg；k與摩擦力是否存在無(wú)關(guān)，小車與長(zhǎng)木板間的動(dòng)摩擦因數(shù)：.