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2019年高考物理一輪復(fù)習(xí) 3-3實(shí)驗(yàn) 驗(yàn)證牛頓運(yùn)動(dòng)定律同步檢測(cè)試題 1．關(guān)于驗(yàn)證牛頓第二定律的實(shí)驗(yàn)，下列說法中符合實(shí)際的是(　　) A．通過對(duì)同時(shí)改變小車的質(zhì)量m及受到的拉力F的研究，能歸納出加速度、力、質(zhì)量三者之間的關(guān)系 B．通過對(duì)保持小車質(zhì)量不變，只改變小車的拉力的研究，就可以歸納出加速度、力、質(zhì)量三者之間的關(guān)系 C．通過對(duì)保持小車受力不變，只改變小車質(zhì)量的研究，就可以得出加速度、力、質(zhì)量三者之間的關(guān)系 D．先不改變小車質(zhì)量，研究加速度與力的關(guān)系；再不改變力，研究加速度與質(zhì)量的關(guān)系，最后歸納出加速度、力、質(zhì)量三者之間的關(guān)系 解析：由于實(shí)驗(yàn)中有三個(gè)量同時(shí)變化，在研究過程中采用控制變量法，通過對(duì)保持小車質(zhì)量不變，只改變小車的拉力的研究，可以歸納出加速度、力二者之間的關(guān)系，再通過對(duì)保持小車受力不變，只改變小車質(zhì)量的研究，可以得出加速度、質(zhì)量二者之間的關(guān)系，所以D項(xiàng)正確． 答案：D 圖11－1 2．[xx安徽卷]圖11－1為“驗(yàn)證牛頓第二定律”的實(shí)驗(yàn)裝置示意圖．砂和砂桶的總質(zhì)量為m，小車和砝碼的總質(zhì)量為M.實(shí)驗(yàn)中用砂和砂桶總重力的大小作為細(xì)線對(duì)小車?yán)Φ拇笮。? (1)實(shí)驗(yàn)中，為了使細(xì)線對(duì)小車的拉力等于小車所受的合外力，先調(diào)節(jié)長(zhǎng)木板一端滑輪的高度，使細(xì)線與長(zhǎng)木板平行．接下來還需要進(jìn)行的一項(xiàng)操作是__________． A．將長(zhǎng)木板水平放置，讓小車連著已經(jīng)穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的紙帶，給打點(diǎn)計(jì)時(shí)器通電，調(diào)節(jié)m的大小，使小車在砂和砂桶的牽引下運(yùn)動(dòng)．從打出的紙帶判斷小車是否做勻速運(yùn)動(dòng)． B．將長(zhǎng)木板的一端墊起適當(dāng)?shù)母叨龋屝≤囘B著已經(jīng)穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的紙帶，撤去砂和砂桶，給打點(diǎn)計(jì)時(shí)器通電，輕推小車，從打出的紙帶判斷小車是否做勻速運(yùn)動(dòng)． C．將長(zhǎng)木板的一端墊起適當(dāng)?shù)母叨?，撤去紙帶以及砂和砂桶，輕推小車，觀察判斷小車是否做勻速運(yùn)動(dòng)． (2)實(shí)驗(yàn)中要進(jìn)行質(zhì)量m和M的選取，以下最合理的一組是__________． A．M＝200 g，m＝10 g、15 g、20 g、25 g、30 g、40 g B．M＝200 g，m＝20 g、40 g、60 g、80 g、100 g、120 g C．M＝400 g，m＝10 g、15 g、20 g、25 g、30 g、40 g D．M＝400 g，m＝20 g、40g、60 g、80 g、100 g、120 g (3)圖11－2是實(shí)驗(yàn)中得到的一條紙帶，A、B、C、D、E、F、G為7個(gè)相鄰的計(jì)數(shù)點(diǎn)，相鄰的兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)之間還有四個(gè)點(diǎn)未畫出．量出相鄰的計(jì)數(shù)點(diǎn)之間的距離分別為：sAB＝4.22 cm、sBC＝4.65 cm、sCD＝5.08 cm、sDE＝5.49 cm、sEF＝5.91 cm，sFG＝6.34 cm.已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的工作頻率為50 Hz，則小車的加速度a＝__________ m/s2(結(jié)果保留2位有效數(shù)字)． 圖11－2 解析：(1)小車在運(yùn)動(dòng)過程中受到重力、支持力、紙帶的拉力．木板對(duì)小車的摩擦力和細(xì)線拉力的作用．為了使細(xì)線對(duì)小車的拉力等于小車所受的合力，因此應(yīng)把木板的一端墊起適當(dāng)?shù)母叨?，以使重力、支持力、紙帶的拉力和摩擦力的合力為零，即小車做勻速運(yùn)動(dòng)，因此在進(jìn)行這一操作時(shí)，不應(yīng)掛砂桶，小車應(yīng)連接紙帶，A、C項(xiàng)錯(cuò)誤，B項(xiàng)正確． (2)由于繩子的拉力不易測(cè)量，本實(shí)驗(yàn)中砂和砂桶的總重力來代替繩的拉力，而砂桶做加速運(yùn)動(dòng)，設(shè)加速度大小為a，則T＝m(g－a)，當(dāng)砂桶的加速度很小時(shí)，T近似等于mg，因此實(shí)驗(yàn)中應(yīng)控制實(shí)驗(yàn)條件，使砂桶的加速度很小．只有當(dāng)小車的質(zhì)量遠(yuǎn)大于砂和砂桶的總質(zhì)量時(shí)，小車和砂桶的加速度才很小，繩的拉力才近似等于砂和砂桶的總重力，C項(xiàng)正確． (3)相鄰兩計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間T＝0.1 s，由Δx＝aT2可得a＝，代入數(shù)據(jù)解得a＝0.42 m/s2. 答案：(1)B　(2)C　(3)0.42 B組　能力提升 3．[xx江蘇省淮安市楚州中學(xué)測(cè)試]用如圖11－3甲所示裝置做“探究物體的加速度跟力的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)．實(shí)驗(yàn)時(shí)保持小車的質(zhì)量M(含車中的鉤碼)不變，用在繩的下端掛的鉤碼的總重力mg作為小車受到的合力，用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器和小車后端拖動(dòng)的紙帶測(cè)出小車運(yùn)動(dòng)的加速度． 甲 乙 　丙 圖11－3 (1)實(shí)驗(yàn)時(shí)繩的下端先不掛鉤碼，反復(fù)調(diào)整墊木的左右位置，直到小車做勻速直線運(yùn)動(dòng)，這樣做的目的是__________________________． (2)圖11－3乙為實(shí)驗(yàn)中打出的一條紙帶的一部分，從比較清晰的點(diǎn)跡起，在紙帶上標(biāo)出了連續(xù)的5個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)A、B、C、D、E，相鄰兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)之間都有4個(gè)點(diǎn)跡沒有標(biāo)出，測(cè)出各計(jì)數(shù)點(diǎn)到A點(diǎn)之間的距離，如圖乙所示．已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器接在頻率為50 Hz的交流電源兩端，則此次實(shí)驗(yàn)中小車運(yùn)動(dòng)的加速度的測(cè)量值a＝________ m/s2.(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字) (3)通過增加繩的下端掛的鉤碼的個(gè)數(shù)來改變小車所受的拉力F，得到小車的加速度a與拉力F的數(shù)據(jù)，畫出aF圖線后，發(fā)現(xiàn)當(dāng)F較大時(shí)，圖線發(fā)生了如圖丙所示的彎曲．該同學(xué)經(jīng)過思考后將實(shí)驗(yàn)方案改變?yōu)橛眯≤囍械你^碼掛在繩的下端來增加鉤碼的個(gè)數(shù)和外力．那么關(guān)于該同學(xué)的修正方案，下列說法正確的是________．(寫選項(xiàng)字母) A．該修正方案可以避免aF圖線的末端發(fā)生彎曲 B．該修正方案要避免aF圖線的末端發(fā)生彎曲的條件是M?m C．該修正方案畫出的aF圖線的斜率為 D．該修正方案畫出的aF圖線的斜率為 答案：(1) 平衡小車運(yùn)動(dòng)中所受的摩擦阻力 (2) 0.99或1.0　(3)AD 4．[xx四川省成都外國(guó)語學(xué)校月考]如圖11－4所示的實(shí)驗(yàn)裝置可以驗(yàn)證牛頓運(yùn)動(dòng)定律，小車上固定一個(gè)盒子，盒子內(nèi)盛有砂子，砂桶的總質(zhì)量(包括桶以及桶內(nèi)砂子質(zhì)量)記為m，小車的總質(zhì)量(包括小車、盒子及盒內(nèi)砂子質(zhì)量)記為M. 圖11－4 (1)驗(yàn)證在質(zhì)量不變的情況下，加速度與合外力成正比：從盒子中取出一些砂子，裝入砂桶中，稱量并記錄砂桶的總重力mg，將該力視為合外力F，對(duì)應(yīng)的加速度a則從打下的紙帶上計(jì)算得出．多次改變合外力F的大小，每次都會(huì)得到一個(gè)相應(yīng)的加速度．本次實(shí)驗(yàn)中，桶內(nèi)的砂子取自小車中，故系統(tǒng)的總質(zhì)量不變．以合外力F為橫軸，以加速度a為縱軸，畫出aF圖象，圖象是一條過原點(diǎn)的直線． ①aF圖線斜率的物理意義是___________________________． ②你認(rèn)為把砂桶的總重力mg當(dāng)做合外力F是否合理？答：________.(填“合理”或“不合理”); ③本次實(shí)驗(yàn)中，是否應(yīng)該滿足M?m這樣的條件？答：________(填“是”或“否”)； 理由是________________________________________________． (2)驗(yàn)證在合外力不變的情況下，加速度與質(zhì)量成反比：保持桶內(nèi)砂子質(zhì)量m不變，在盒子內(nèi)添加或去掉一些砂子，驗(yàn)證加速度與質(zhì)量的關(guān)系．本次實(shí)驗(yàn)中，桶內(nèi)的砂子總質(zhì)量不變，故系統(tǒng)所受的合外力不變．用圖象法處理數(shù)據(jù)時(shí)，以加速度a為縱軸，應(yīng)該以________的倒數(shù)為橫軸． 解析：(1)將車內(nèi)的砂子轉(zhuǎn)移到桶中，就保證了M＋m不變，即系統(tǒng)的總質(zhì)量不變，研究對(duì)象是整個(gè)系統(tǒng)，a＝＝，可見aF圖象斜率的物理意義是.系統(tǒng)的合外力就等于所懸掛砂桶的重力mg，不必滿足M?m這樣的條件． (2)向小車內(nèi)添加或去掉部分砂子，是改變系統(tǒng)的總質(zhì)量M＋m，而系統(tǒng)的合外力仍等于所懸掛砂桶的重力mg，保證了合外力不變．所以用圖象法處理數(shù)據(jù)時(shí)，以加速度a為縱軸，應(yīng)該以M＋m倒數(shù)為橫軸． 答案：(1)①　②合理?、鄯?，因?yàn)閷?shí)驗(yàn)的研究對(duì)象是整個(gè)系統(tǒng)，系統(tǒng)受到的合外力就等于mg (2)M＋m C組　難點(diǎn)突破 5．[xx山東省煙臺(tái)萊州一中階段測(cè)試]某探究性學(xué)習(xí)小組欲探究光滑斜面上物體的加速度與物體質(zhì)量及斜面傾角是否有關(guān)．實(shí)驗(yàn)室提供如下器材： A．表面光滑的長(zhǎng)木板(長(zhǎng)度為L(zhǎng))， B．小車， C．質(zhì)量為m的鉤碼若干個(gè)， D．方木塊(備用于墊木板)， E．米尺， F．秒表. 質(zhì)量時(shí)間次數(shù) M M＋m M＋2m 1 1.42 1.41 1.42 2 1.40 1.42 1.39 3 1.41 1.38 1.42 實(shí)驗(yàn)過程： 第一步，在保持斜面傾角不變時(shí)，探究加速度與質(zhì)量的關(guān)系．實(shí)驗(yàn)中，通過向小車放入鉤碼來改變物體質(zhì)量，只要測(cè)出小車由斜面頂端滑至底端所用時(shí)間t，就可以由公式a＝________求出a.某同學(xué)記錄了數(shù)據(jù)如上表所示：根據(jù)以上信息，我們發(fā)現(xiàn)，在實(shí)驗(yàn)誤差范圍內(nèi)質(zhì)量改變之后平均下滑時(shí)間________(填“改變”或“不改變”)，經(jīng)過分析得出加速度與質(zhì)量的關(guān)系為________． 第二步，在物體質(zhì)量不變時(shí)，探究加速度與傾角的關(guān)系．實(shí)驗(yàn)中通過改變方木塊墊放位置來調(diào)整長(zhǎng)木板的傾角，由于沒有量角器，因此通過測(cè)量出木板頂端到水平面高度h，求出傾角α的正弦值sinα＝.某同學(xué)記錄了高度和加速度的對(duì)應(yīng)值，并在坐標(biāo)紙上建立適當(dāng)?shù)淖鴺?biāo)軸后描點(diǎn)作圖如圖11－5，請(qǐng)根據(jù)他所作的圖線求出當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣萭＝________m/s2.進(jìn)一步分析可知，光滑斜面上物體下滑的加速度與傾角的關(guān)系為________． 圖11－5 答案：　不改變　斜面傾角一定時(shí)，加速度與物體質(zhì)量無關(guān)　10　a＝gsinα 名師心得　拱手相贈(zèng) 教學(xué)積累　資源共享　 測(cè)定動(dòng)摩擦因數(shù)的三種方法 1．將動(dòng)摩擦因數(shù)的測(cè)量轉(zhuǎn)化為加速度的測(cè)量 當(dāng)物體在水平面或斜面上做勻變速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，若能測(cè)出物體的加速度，則根據(jù)物體的受力情況和牛頓第二定律就可求出動(dòng)摩擦因數(shù)． 【例1】　[xx江蘇高考]為測(cè)定木塊與桌面之間的動(dòng)摩擦因數(shù)，小亮設(shè)計(jì)了如圖3－1所示的裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)．實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)木塊A位于水平桌面上的O點(diǎn)時(shí)，重物B剛好接觸地面．將A拉到P點(diǎn)，待B穩(wěn)定后靜止釋放，A最終滑到Q點(diǎn)．分別測(cè)量OP、OQ的長(zhǎng)度h和s.改變h，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)，分別記錄幾組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)． 圖3－1 (1)實(shí)驗(yàn)開始時(shí)，發(fā)現(xiàn)A釋放后會(huì)撞到滑輪．請(qǐng)?zhí)岢鰞蓚€(gè)解決方法____________________________，__________________________. (2)請(qǐng)根據(jù)表中的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作出sh關(guān)系的圖象. h/cm 20.0 30.0 40.0 50.0 60.0 s/cm 19.5 28.5 39.0 48.0 56.5 圖3－2 (3)實(shí)驗(yàn)測(cè)得A、B的質(zhì)量分別為m＝0.40 kg、M＝0.50 kg.根據(jù)sh圖象可計(jì)算出A木塊與桌面間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ＝________.(結(jié)果保留一位有效數(shù)字) (4)實(shí)驗(yàn)中，滑輪軸的摩擦?xí)?dǎo)致μ的測(cè)量結(jié)果________(選填“偏大\”或“偏小\”) 解析：(1)為使A不撞到滑輪，應(yīng)設(shè)法減小B落地瞬間A的速度，因而可以減小B的質(zhì)量；增加細(xì)線的長(zhǎng)度或增大A的質(zhì)量；降低B的起始高度． (2)如圖3－3 圖3－3 (3)木塊由P至O過程，對(duì)A、B由牛頓第二定律得： Mg－μmg＝(M＋m)a1 又v2＝2a1h 木塊由O至Q過程，對(duì)A由牛頓第二定律得： μmg＝ma2 又：v2＝2a2s 解得：＝ 由圖象得：＝1 解得：μ＝0.4 (4)考慮到滑輪的摩擦力作用，實(shí)驗(yàn)中要克服滑輪的摩擦力做功，造成實(shí)驗(yàn)結(jié)果偏大． 答案：(1)減小B的質(zhì)量；增加細(xì)線的長(zhǎng)度(或增大A的質(zhì)量；降低B的起始高度) (2)見解析圖　(3)0.4　(4)偏大 2．將動(dòng)摩擦因數(shù)的測(cè)量轉(zhuǎn)化為角度的測(cè)量 圖3－4 如圖3－4所示，小滑塊從斜面頂點(diǎn)A由靜止滑至水平部分C點(diǎn)停止．已知斜面高為h，滑塊運(yùn)動(dòng)的整個(gè)水平距離為x，設(shè)滑塊在B處無機(jī)械能損失，斜面和水平面與小滑塊間的動(dòng)摩擦因數(shù)相同，則由動(dòng)能定理得mgh－μmgcosαx1－μmgx2＝0，即mgh－μmgx＝0，解得μ＝＝tanθ.從計(jì)算結(jié)果可以看出，只要測(cè)出θ角，就可以計(jì)算出動(dòng)摩擦因數(shù)． 圖3－5 【例2】　在測(cè)定動(dòng)摩擦因數(shù)的實(shí)驗(yàn)中，器材是各部分材質(zhì)相同的木質(zhì)軌道(如圖3－5所示，其傾斜部分與水平部分平滑連接，水平部分足夠長(zhǎng))、小鐵塊、兩個(gè)圖釘、細(xì)線、量角器．完成下列實(shí)驗(yàn)步驟： (1)使小鐵塊從軌道上A點(diǎn)由靜止滑下，記下小鐵塊在水平軌道上________時(shí)的位置B； (2)用圖釘把細(xì)線____________________________________________； (3)用量角器測(cè)量_____________________________________________； (4)小鐵塊與軌道間的動(dòng)摩擦因數(shù)表示為________． 解析：(1)使小鐵塊從軌道上A點(diǎn)由靜止滑下，記下小鐵塊在水平軌道上靜止時(shí)的位置B； (2)用圖釘把細(xì)線拉緊固定在A、B兩點(diǎn)間； (3)用量角器測(cè)量細(xì)線與水平軌道間的夾角θ； (4)小鐵塊與軌道間的動(dòng)摩擦因數(shù)表示為μ＝tanθ. 答案：見解析 3．將研究運(yùn)動(dòng)物體轉(zhuǎn)化為研究靜止物體 當(dāng)兩個(gè)物體間存在相對(duì)滑動(dòng)，且一個(gè)物體處于靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，則可應(yīng)用平衡條件求出摩擦力的大小和正壓力的大小，從而求出動(dòng)摩擦因數(shù)．常規(guī)方法是研究勻速直線運(yùn)動(dòng)的物體，但勻速直線運(yùn)動(dòng)的實(shí)現(xiàn)比較困難．若轉(zhuǎn)化為研究靜止的物體，則實(shí)驗(yàn)效果要好得多． 【例3】　[xx長(zhǎng)沙模擬](1)在一次課外探究活動(dòng)中，某同學(xué)用如圖3－6甲所示的裝置測(cè)量放在水平光滑桌面上的鐵塊A與長(zhǎng)金屬板B間的動(dòng)摩擦因數(shù)，已測(cè)出鐵塊A的質(zhì)量為1 kg，金屬板B的質(zhì)量為0.5 kg.用水平力F向左拉金屬板B，使其向左運(yùn)動(dòng)，穩(wěn)定時(shí)彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)如圖所示(已放大)，則A、B間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ＝________.(g取10 m/s2) (2)將紙帶連接在金屬板B的后面，通過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器連續(xù)打下一些計(jì)數(shù)點(diǎn)，測(cè)最后的結(jié)果如圖3－6乙所示，圖中幾個(gè)相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)的時(shí)間間隔為0.1 s．由此可知水平力F＝________ N. 甲 乙 圖3－6 解析：(1)彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)為2.50 N，對(duì)A由平衡條件得Ff＝2.50 N，又有Ff＝μmAg， 解得μ＝＝＝0.25. (2)由逐差法可得 a＝ ＝ m/s2 ＝2.0 m/s2， 由牛頓第二定律得F－Ff＝mBa，解得F＝3.5 N. 答案：(1)0.25　(2)3.5