高考物理一轮复习 第三章 牛顿运动定律 第4讲 实验四 验证牛顿运动定律练习

第4讲实验四验证牛顿运动定律
1.(5分)(2015·中山模拟)在“验证牛顿第二定律”的实验中,以下做法正确的是B。

A.平衡摩擦力时,应将小盘用细绳通过定滑轮系在小车上
B.每次改变小车的质量时,不需要重新平衡摩擦力
C.实验时,先放开小车,再接通打点计时器的电源
D.求小车运动的加速度时,可用天平测出小盘和砝码的质量(M'和m')以及小车质量M,直接用公式a=g求出
【解析】平衡摩擦力时,不能给小车任何牵引力,A项错误;由mgsin θ=μmgcos θ,小车质量能约去,所以改变小车质量时,不需要重新平衡摩擦力,B项正确;实验时,要先接通打点计时器的电源,再放开小车,C项错误;此实验是验证牛顿第二定律,而不是应用牛顿第二定
律,D项错误。

2.(10分)(2015·长沙二中期中检测)用图a所示的实验装置验证牛顿第二定律。

(1)某同学通过实验得到如图b所示的a-F图象,造成这一结果的原因是在平衡摩擦力时长木板的倾角过大,图中a0表示的是未挂沙桶时小车的加速度。

(5分)
(2)某同学得到如图c所示的纸带。

已知打点计时器电源频率为50 Hz。

A、B、C、D、E、F、G是纸带上7个连续的点,Δx=x DG-x AD= 1.80cm。

由此可算出小车的加速度a= 5.0m/s2。

(5分)
【解析】(1)a-F图象的纵轴截距大于零是因为平衡摩擦力过度,即长木板的倾角过大造成的;a-F图象的纵轴截距a0表示的是未挂沙桶时小车的加速度。

(2)Δx=x DG-x AD=3.90 cm-2.10 cm=1.80 cm;由Δx=x DG-x AD=a(3T)2,解得a=5.0 m/s2。

3.(10分)(2015·郑州质检)为了“探究加速度与力、质量的关系”,现提供如图所示的实验装置。

请思考探究并回答下列问题:
(1)为了消除小车与水平木板之间摩擦力的影响应采取的做法是C。

(3分)
A.将木板不带滑轮的一端适当垫高,使小车在钩码拉动下恰好做匀速运动
B.将木板带滑轮的一端适当垫高,使小车在钩码拉动下恰好做匀速运动
C.将木板不带滑轮的一端适当垫高,在不挂钩码的情况下使小车恰好做匀速运动
D.将木板不带滑轮的一端适当垫高,在不挂钩码的情况下使小车能够静止在木板上
(2)在实验中,得到一条打点的纸带,如图所示,已知相邻计数点间的时间间隔为T,且间距x1、x2、x3、x4、x5、x6已量出,则小车加速度的表达式为a=。

(3分)
(3)有一组同学保持小车及车中的砝码质量一定,探究加速度a与所受外力F的关系,他们在轨道水平和倾斜两种情况下分别做了实验,得到了两条a-F图线,如图所示。

图线①(填“①”或“②”)是在轨道倾斜情况下得到的;小车及车中的砝码总质量m=0.5 kg。

(4分)
【解析】(1)为平衡滑动摩擦力,应使小车的重力沿斜面向下的分力与滑动摩擦力相等,此时不能连接钩码,故C项正确。

(2)计算加速度可用逐差法得到三个加速度再取平均值,此时误差较小,则a=。

(3)轨道倾斜太大,即没有钩码拉小车也将加速下滑,因此图线①为轨道倾斜情况下得到的。

由题图中图线可得mgsin θ-F f=ma0,F1+mgsin θ-F f=ma1,可得:F1+ma0=ma1,由图象知F1=1 N,a0=2 m/s2,a1=4 m/s2,得m=0.5 kg。

4.(20分)(2016·浙江绍兴第一中学月考)如图所示为“探究加速度与物体受力的关系”的实验装置图。

图中A为小车,质量为m1,连接在小车后面的纸带穿过电火花打点计时器B,它们均置于水平放置的一端带有定滑轮的足够长的木板上,P的质量为m2,C为弹簧测力计,实验时改变P的质量,读出测力计不同读数F,不计绳与滑轮的摩擦及动滑轮的重力。

(1)电火花打点计时器的工作电压为交(填“交”或“直”)流220V。

(5分)
(2)下列说法正确的是B。

(5分)
A.一端带有定滑轮的长木板必须保持水平
B.实验时应先接通电源后释放小车
C.实验中m2应远小于m1
D.测力计的读数始终为
(3)如图为某次实验得到的纸带,纸带上标出了所选的四个计数点之间的距离,相邻计数点间还有四个点没有画出。

由此可求得小车的加速度大小是0.50m/s2(交流电的频率为50 Hz,结果保留两位有效数字)。

(5分)
(4)实验时,某同学由于疏忽,遗漏了平衡摩擦力这一步骤,他测量得到的a-F图象可能是下图中的图线C。

(5分)
【解析】(1)电火花打点计时器工作电压为220 V交变电流。

(2)一端带有定滑轮的长木板必须稍微倾斜,以平衡摩擦力,A项错误;实验时应先接通电源后释放小车,B项正确;实验中m2不必远小于m1,C项错误;由于P向下加速运动,测力计的读数始终小于,D项错误。

(3)由Δx=aT2解得小车的加速度大小是0.50 m/s2。

(4)遗漏了平衡摩擦力这一步骤,他测量得到的a-F图象,应该是当F从某一值开始增大时,加速度a才开始增大,所以可能是图线C。

5.(15分)某实验小组利用弹簧测力计和刻度尺,测量滑块在木板上运动的最大速度。

实验步骤:
①用弹簧测力计测量橡皮泥和滑块的总重力,记作G;
②将装有橡皮泥的滑块放在水平木板上,通过水平细绳和固定弹簧测力计相连,如图甲所示。

在A端向右拉动木板,待弹簧测力计示数稳定后,将读数记作F;
③改变滑块上橡皮泥的质量,重复步骤①②;实验数据如下表所示:
G/N 1.50 2.00 2.50 3.00 3.50 4.00
F/N 0.59 0.83 0.99 1.22 1.37 1.61
④如图乙所示,将木板固定在水平桌面上,滑块置于木板上左端C处,细绳跨过定滑轮分别与滑块和重物P连接,保持滑块静止,测量重物P离地面的高度h;
⑤滑块由静止释放后开始运动并最终停在木板上的D点(未与滑轮碰撞),测量C、D间的距离s。

完成下列作图和填空:
(1)根据表中数据在给定坐标纸上作出F-G图线。

(5分)
答案:如图所示
(2)由图线求得滑块和木板间的动摩擦因数μ=0.40(0.38~0.42均正确)(保留2位有效数字)。

(5分)
(3)滑块最大速度的大小v=(用h、s、μ和重力加速度g表示)。

(5分)
【解析】(1)由胡克定律可知F-G图线应为一条直线,因此应画一条直线尽可能通过较多的点。

(2)由F=μG知,动摩擦因数μ等于图中直线的斜率,求得μ=0.40(0.38、0.39、0.41、0.42均正确)。

(3)悬挂物P落地之前,滑块受到细绳拉力和摩擦力作用在木板上加速,该过程位移为h,P落地后滑块只在摩擦力的作用下做减速运动,该过程位移为s-h。

P落地瞬间,滑块速度最大,根据滑块减速阶段的运动得v2=2a(s-h),又μmg=ma,解得v=。