2016版《红对勾讲与练》高三物理人教版总复习第三章牛顿运动定律实验四验证牛顿第二定律实验4

1．关于“验证牛顿第二定律”实验中验证“作用力一定时，加速度与质量成反比”的实验过程，以下做法中正确的是()A．平衡摩擦力时，应将装沙的小桶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，再接通电源D．可以利用天平测出沙桶和沙质量m和小车质量M，直接用公式a＝mgM求出加速度解析：平衡摩擦力时，使小车的重力沿斜面向下的分力与小车运动所受摩擦力平衡，所以不能将小桶系在小车上，A错误．平衡摩擦力后，小车和板间的动摩擦因数μ＝tanα，与小车的质量无关，所以改变小车的质量时，不需要重新平衡摩擦力，B正确．实验时，应先接通电源，待打点稳定后，再放开小车，C错误．本实验是探究作用力一定时，加速度与质量成反比，不能直接用公式a＝mgM求加速度，D错误．答案：B2．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．请思考探究思路并回答下列问题：(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________；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，则小车加速度的表示式为a＝________；(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________是在轨道倾斜情况下得到的(选填“①”或“②”)；小车及车中的砝码总质量m＝________kg.解析：(1)为平衡滑动摩擦力，应使小车的重力沿斜面的分力与滑动摩擦力相等，此时不能连接钩码，故C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．a＝x4＋x5＋x6－x1＋x2＋x39T2(3)轨道倾斜太大，即使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mgsinθ－f＝ma0，F1＋mgsinθ－f＝ma1，可得：F1＋ma0＝ma1由图象知F1＝1Na0＝2m/s2a1＝4m/s2可求得m＝0.5kg答案：(1)C(2)x4＋x5＋x6－x1＋x2＋x39T2(3)①0.53．在做“探究加速度和力、质量的关系”的实验中，保持小车和砝码的总质量不变，测得小车的加速度a和拉力F的数据如下表所示：F/N0.200.300.400.500.60a/(m·s－2)0.110.190.290.400.51(1)根据表中的数据在下图的坐标系上作出a－F图象；(2)图象斜率的物理意义是________．(3)小车和砝码的总质量为________kg.(4)图线(或延长线)与F轴截距的物理意义是________．解析：(1)根据所给数据在所给坐标系中准确描点，作出的a－F图象如图所示．(2)根据(1)中图象可知，保持小车和砝码的总质量不变，小车的加速度a和拉力F成正比；若保持力F不变，改变小车和砝码的总质量，通过实验探究可知小车的加速度a与小车和砝码的总质量成反比；因此可以判断(1)中图象斜率表示小车和砝码总质量的倒数．(3)由(1)中图象可得：1M＝ΔaΔF，解得M＝1kg.(4)由a－F图象可知，当力F＝0.1N时，小车开始运动，说明此时小车受到的阻力为0.1N.答案：(1)见解析(2)小车和砝码总质量的倒数(3)1(4)小车受到的阻力为0.1N4．某实验小组设计了如图甲所示的实验装置研究加速度和力的关系．实验装置主要部件为位移传感器的发射器和接收器，分别固定在轨道右端和小车上；通过传感器测定两者间位移变化，从而测出小车的加速度．(1)在该实验中采用的方法是________：保持小车的总质量不变，用钩码所受的重力作为小车所受拉力，用传感器测小车的加速度．通过改变钩码的数量，多次重复测量，可得小车运动的加速度a和所受拉力F的关系图象．该实验小组在轨道水平和倾斜的两种情况下分别做了实验，得到了两条a－F图线，如图乙所示，可知在轨道右侧抬高成为斜面情况下得到的图线是________(选填“①”或“②”)．(2)随着钩码的数量逐渐增大，图乙中的图线明显偏离直线，造成此误差的主要原因是________．A．小车与轨道之间存在摩擦B．导轨保持了水平状态C．所挂钩码的总质量太大D．所用小车的质量太大解析：(1)在研究加速度与力的关系时，要控制小车的质量不变，这种方法叫做控制变量法，a－F图线中图线①与a轴正半轴有交点，表明拉力F为零时，小车具有沿轨道向下的加速度，一定是轨道右侧抬高为斜面的情况．(2)由牛顿第二定律可得：a＝mgM＋m，又F＝mg，故a＝1M＋mF，可见a－F图线的斜率k＝1M＋m，当M≫m时，斜率几乎不随m改变，但当所挂钩码的总质量太大时，图线斜率k将随m的增大而减小，因此图线发生弯曲，故C正确．答案：(1)控制变量法①(2)C5．(2014·新课标全国Ⅰ)某同学利用图(a)所示实验装置及数字化信息系统获得了小车加速度a与钩码的质量m的对应关系图，如图(b)所示．实验中小车(含发射器)的质量为200g，实验时选择了不可伸长的轻质细绳和轻定滑轮，小车的加速度由位移传感器及与之相连的计算机得到．回答下列问题：(1)根据该同学的结果，小车的加速度与钩码的质量成________(填“线性”或“非线性”)关系．(2)由图(b)可知，a－m图线不经过原点，可能的原因是______________________________________________________.(3)若利用本实验装置来验证“在小车质量不变的情况下，小车的加速度与作用力成正比”的结论，并直接以钩码所受重力mg作为小车受到的合外力，则实验中应采取的改进措施是________，钩码的质量应满足的条件是________．解析：本题考查了“验证牛顿第二定律”的实验，意在考查考生对该实验的实验数据的处理能力和操作误差的分析能力．(1)根据题图(b)坐标系中给出的数据，连线，小车的加速度与钩码的质量成非线性关系．(2)根据题图(b)中数据，小车受到钩码的拉力的作用，但没有加速度，故未平衡摩擦力或倾角过小，没有完全平衡摩擦力．(3)在实验中要求“直接以钩码所受重力mg作为小车受到的合外力”需要满足两个条件；①平衡摩擦力；②钩码的质量远小于小车(含发射器)的质量．答案：(1)非线性(2)没有完全平衡摩擦力(3)调节轨道的倾斜度以平衡摩擦力远小于小车的质量6．某实验小组利用下图所示的装置探究加速度与力、质量的关系．(1)下列做法正确的是________(填字母代号)．A．调节滑轮的高度，使牵引木块的细绳与长木板保持平行B．在调节木板倾斜度平衡木块受到的滑动摩擦力时，将装有砝码的砝码桶通过定滑轮拴在木块上C．实验时，先放开木块再接通打点计时器的电源D．通过增减木块上的砝码改变质量时，不需要重新调节木板倾斜度(2)为使砝码桶及桶内砝码的总重力在数值上近似等于木块运动时受到的拉力，应满足的条件是砝码桶及桶内砝码的总质量________木块和木块上砝码的总质量(选填“远大于”“远小于”或“近似等于”)．(3)甲、乙两同学在同一实验室，各取一套上图所示的装置放在水平桌面上，木块上均不放砝码，在没有平衡摩擦力的情况下，研究加速度a与拉力F的关系，分别得到右图中甲、乙两条直线，设甲、乙用的木块质量分别为m甲、m乙，甲、乙用的木块与木板间的动摩擦因数分别为μ甲、μ乙，由图可知，m甲________m乙，μ甲________μ乙(选填“大于”“小于”或“等于”)．解析：(1)木块下滑时，受到重力、细线的拉力、支持力和摩擦力，要使拉力等于合力，应该使细绳与长木板平行且使重力的下滑分量mgsinθ等于摩擦力μmgcosθ，即mgsinθ＝μmgcosθ(其中θ为木板的倾角)，故平衡摩擦力时，不能悬挂砝码桶，A正确，B错误；由平衡摩擦力的公式可知两边的质量m可以消去，故改变木块上的砝码的质量时，木块及其上砝码的总重力的下滑力仍能和总的摩擦力抵消，不需要重新调节木板倾斜度，故D正确；通过纸带求木块加速度，要求打点计时器在纸带上打出足够多的点，这就要求将木块放在靠近打点计时器的位置，并且先接通打点计时器，待打点稳定后再释放小车，故选项C错误．(2)实验中平衡好摩擦力后，绳的拉力提供木块的合外力即F＝ma；砝码桶及桶内砝码与木块运动的速度相等，由牛顿第二定律得m′g－F＝m′a，两式联立得m′g＝(m＋m′)a，当m′≪m时，m＋m′≈m，m′g≈ma即当m′≪m时，砝码桶及桶内砝码的总重力近似等于木块运动时受到的拉力，故应选填“远小于”．(3)实验中如果没有平衡摩擦，对木块进行受力分析，根据牛顿第二定律F－μmg＝ma，得a＝1mF－μg，即a－F图象中，斜率表示质量的倒数1m，a轴上的截距的绝对值表示μg，结合图可得m甲m乙，μ甲μ乙．答案：(1)AD(2)远小于(3)小于大于