高考物理一轮复习 第三章 微专题24 实验验证牛顿运动定律

实验验证牛顿运动定律1考点及要求：(1)实验原理与操作；(2)数据处理与误差分析.2.方法与技巧：(1)控制变量法；(2)图像法1(实验原理与操作)如图1所示是某同学探究加速度与力的关系的实验装置他在气垫导轨上安装了一个光电门B，在滑块上固定一遮光条，滑块用细线绕过气垫导轨左端的定滑轮与力传感器相连(力传感器可测得细线上的拉力大小)，力传感器下方悬挂钩码，每次滑块都从A处由静止释放图1(1)该同学用游标卡尺测量遮光条的宽度d，如图2所示，则d_mm.图2(2)下列不必要的一项实验要求是_(请填写选项前对应的字母)A应使A位置与光电门间的距离适当大些B应将气垫导轨调节水平C应使细线与气垫导轨平行D应使滑块质量远大于钩码和力传感器的总质量(3)实验时，将滑块从A位置由静止释放，由数字计时器读出遮光条通过光电门B的时间t，若要得到滑块的加速度，还需要测量的物理量是_(4)为探究滑块的加速度与力的关系，改变钩码质量，测出对应的力传感器的示数F和遮光条通过光电门的时间t，通过描点要作出它们的线性关系图像，处理数据时纵轴为F，横轴应为_At Bt2 C. D.2(数据处理)用如图3所示的实验装置做“探究加速度与力、质量的关系”实验图3小车放在木板上，小车前端系一条细绳，绳的一端跨过定滑轮挂一个小盘，盘中可放重物，在实验中认为小盘和重物所受的重力等于小车做匀加速运动的拉力(1)实验中把木板一侧垫高的目的是_，为达到上述目的需调节木板倾斜度，使小车在不受牵引时能拖动纸带沿木板做_运动(2)在探究加速度与力的关系时，图4为某次实验中打出的纸带，打点计时器的电源频率为50 Hz，则加速度a_ m/s2.图4(3)在探究加速度与质量的关系时，某同学把实验得到的几组数据描点并画出如图5所示曲线为了更直观描述物体的加速度跟其质量的关系，请你根据图中数据在图6中建立合理坐标，并描点画线图5图63(创新实验)为了探究质量一定时加速度与力的关系，一同学设计了如图7所示的实验装置其中M为带滑轮的小车的质量，m为砂和砂桶的质量(滑轮质量不计)图7(1)实验时，一定要进行的操作是_A用天平测出砂和砂桶的质量B将带滑轮的长木板右端垫高，以平衡摩擦力C小车靠近打点计时器，先接通电源，再释放小车，打出一条纸带，同时记录弹簧测力计的示数D改变砂和砂桶的质量，打出几条纸带E为减小误差，实验中一定要保证砂和砂桶的质量m远小于小车的质量M(2)该同学在实验中得到如图8所示的一条纸带(两计数点间还有两个点没有画出)，已知打点计时器采用的是频率为50 Hz的交流电，根据纸带可求出小车的加速度为_m/s2(结果保留两位有效数字)图8(3)以弹簧测力计的示数F为横坐标，加速度为纵坐标，画出的aF图像是一条直线，如图9所示，图线与横坐标的夹角为，求得图线的斜率为k，则小车的质量为()图9A2tan B.Ck D.4为了探究加速度与力的关系，某同学设计了如图10所示的实验装置，一端带有定滑轮的长木板水平放置，长木板上安装两个相距为d的光电门；放在长木板上的滑块通过绕过定滑轮的细线与力传感器相连，力传感器下挂一重物拉滑块的细线的拉力大小F等于力传感器的示数让滑块从光电门1处由静止释放，运动一段时间t后，经过光电门2.改变重物质量，重复以上操作，得到下表中的5组数据.图10次数a/(ms2)F/N11.00.7622.00.9933.01.2344.01.5055.01.76(1)若测得两光电门之间距离d0.5 m，运动时间t0.5 s，则滑块的加速度a_m/s2.(2)依据表中数据在图11中画出aF图像图11(3)根据图像可得滑块的质量m_kg，滑块和长木板间的动摩擦因数_(取g10 m/s2)5某实验小组在“探究加速度与物体受力的关系”实验中，设计出如下的实验方案，其实验装置如图12所示已知小车质量M214.6 g，砝码盘质量m07.8 g，打点计时器所使用的交流电频率f50 Hz.其实验步骤是：图12A按图中所示安装好实验装置；B调节长木板的倾角，轻推小车后，使小车能沿长木板向下做匀速运动；C取下细绳和砝码盘，记下砝码盘中砝码的质量m；D将小车置于打点计时器旁，先接通电源，再放开小车，打出一条纸带，由纸带求得小车的加速度a；E重新挂上细绳和砝码盘，改变砝码盘中砝码的质量，重复BD步骤，求得小车在不同合外力F作用下的加速度回答下列问题：(1)按上述方案做实验，是否要求砝码和砝码盘的总质量远小于小车的质量？_(填“是”或“否”)(2)实验中打出的其中一条纸带如图13所示，由该纸带可求得小车的加速度a_m/s2.图13(3)某同学将有关测量数据填入他所设计的表格中，如下表：次数12345砝码盘中砝码的重力F/N0.100.200.290.390.49小车的加速度a/(ms2)0.881.441.842.382.89他根据表中的数据画出aF图像(如图14)造成图线不过坐标原点的最主要原因是_，从该图线延长线与横轴的交点可求出的物理量是_，其大小为_图14答案解析1(1)2.25(2)D(3)滑块在A位置时遮光条到光电门的距离(4)D解析(1)游标卡尺读数等于固定刻度读数加上可动刻度读数，由题图知第5条刻度线与主尺对齐，d2 mm50.05 mm2.25 mm.(2)应使A位置与光电门间的距离适当大些，有利于减小误差，选项A正确；应将气垫导轨调节水平，且保持细线方向与木板平面平行，此时细线上的拉力等于合力，选项B、C正确；拉力是直接通过力传感器测量的，故与小车质量和钩码质量大小无关，选项D错误故选D.(3)实验时，将滑块从A位置由静止释放，由数字计时器读出遮光条通过光电门B的时间t，滑块经过光电门时的瞬时速度可近似认为是滑块经过光电门的平均速度根据运动学公式可知，若要得到滑块的加速度，还需要测量的物理量是滑块在A位置时遮光条到光电门的距离L.(4)由题意可知，该实验中保持小车质量M不变，因此有v22aL，v，a则2L.所以研究滑块的加速度与力的关系，处理数据时应作出F图像，选项D正确2(1)平衡打点计时器对小车的阻力及其他阻力(答“平衡阻力”等也正确)匀速直线(2)0.79(3)如图所示解析(1)实验中将木板的一端垫高是为了使小车受到的重力的分力等于摩擦阻力，以使绳子的另一端不挂小盘时，小车受到的合力等于0，这样小车拖着纸带就可以做匀速直线运动了(2)由匀变速直线运动的位移特点可得2.63 cm1.05 cm2aT2，T代入解得a0.79 m/s2.(3)加速度与质量的关系曲线是双曲线的一支，没法确定加速度与质量的具体关系，加速度与质量成反比，故加速度与质量的倒数成正比，因此应作加速度与质量倒数的关系图线3(1)BCD(2)1.3(3)D解析(1)由实验原理图可以看出，由弹簧测力计的示数可得到小车所受的合外力的大小，故不需要测砂和砂桶的质量，也不需要保证砂和砂桶的质量m远小于小车的质量M，A、E错；为保证绳上拉力提供合外力，必须平衡摩擦力，B对；小车应靠近打点计时器，先接通电源，再释放小车，同时读出弹簧测力计的示数，C对；为了多测几组数据，需改变砂和砂桶的质量多做几次实验，D对(2)由逐差法可得：小车的加速度a，将T3 s0.06 s，代入可得a1.3 m/s2(3)由题图结合牛顿第二定律，有2FMa，得aF则图像斜率k，得小车的质量M，故A、B、C错，D对4(1)4.0(2)见解析图(3)0.250.2解析(1)根据运动学公式dat2得，a m/s24.0 m/s2.(2)如图所示(3)根据Fmgma得ag，所以滑块运动的加速度a和所受拉力F的关系图像的斜率等于滑块质量的倒数由图像得加速度a和所受拉力F的关系图像的斜率k4，所以滑块的质量m0.25 kg.由图像得，当F0.5 N时，滑块刚要开始滑动，所以滑块与轨道间的最大静摩擦力等于0.5 N.而最大静摩擦力等于滑动摩擦力，即mg0.5 N，解得0.2.5(1)否(2)0.88(3)在计算小车所受的合外力时未计入砝码盘的重力(只要涉及“未考虑砝码质量的因素”就算正确)砝码盘的重力0.08 N解析(1)取下砝码盘后，小车加速运动时所受的合外力即为砝码和砝码盘的总重力，而实验中的研究对象是小车，因此，实验中不必使砝码及砝码盘的质量远小于小车的质量(2)a102 m/s20.88 m/s2(3)实验中本应有(m0m)gMa，由于实验中未计入砝码盘的质量m0，测得的图像与真实图像相比沿F轴左移m0g，图像将不过原点由图像及上述分析可知，m0g0.08 N.