2021年高考物理一轮复习考点9实验验证牛顿第二定课件

实验：验证牛顿第二定考点9题组一基础与经典题1．某实验小组探究小车的加速度与质量和合外力的关系时，用了图a所示的装置，设小车及砝码的质量为M，砂和砂桶的质量为m，则：(1)本实验采用的实验方法是________。A．控制变量法B．转换法C．理想实验法D．等效替代法A(2)下列操作与说法正确的是________。A．实验时，先放开小车，后接通电源B．平衡摩擦力时，应将砂桶用细绳绕过定滑轮系在小车上C．每次改变小车的质量时，不需要重新平衡摩擦力D．在满足m≪M时，绳拉力近似等于砂和砂桶的重力(3)实验得到如图b所示的一条纸带，相邻两计数点的时间间隔为T，B、C间距为s2，D、E间距为s4，则小车加速度的表达式a＝______________(用T、s2、s4表示)。CDs4－s22T2解析(1)为了探究小车的加速度与质量和合外力之间的定量关系，可以在小车质量一定的情况下，探究小车的加速度与合外力的关系；再在小车受力一定的情况下，探究小车的加速度与其质量的关系；最后归纳出加速度与合外力、质量之间的关系，这样的物理方法称为控制变量法，故选A。解析(2)实验时，应先接通打点计时器的电源，再放开小车，由于小车运动得较快，若先放开小车，再接通打点计时器电源，可能会使打在纸带上的点较少，不利于数据的采集和处理，同时要求开始时小车要靠近打点计时器，故A错误；平衡摩擦力时，应将细绳从小车上拿去，轻轻推动小车，使小车拖着纸带沿木板运动，通过打点计时器打出来的纸带判断小车是否做匀速运动，故B错误；每次改变小车的质量时，小车的重力沿斜面的分力和摩擦力仍能抵消，不需要重新平衡摩擦力，故C正确；依据牛顿第二定律，当满足m≪M时，绳的拉力才近似等于砂和砂桶的重力，故D正确。(3)根据逐差法得：s4－s2＝2aT2，解得a＝s4－s22T2。解析2.在“探究加速度与力的关系”实验中，某小组设计了如图所示的实验装置。图中上下两层前端均固定有光滑滑轮，两相同小车前端各系一条细线，细线跨过定滑轮并挂上一个砝码盘，盘中可放砝码，小车Ⅱ所挂砝码和砝码盘的总质量是小车Ⅰ所挂砝码和砝码盘总质量的两倍。将砝码和砝码盘的总重力作为小车所受合外力，两小车尾部各系一条细线连到控制装置上，实验时通过控制装置使两小车同时开始运动，按下装置两小车同时立即停止。某次实验时小车Ⅰ的位移为s1，小车Ⅱ的位移为s2。(1)为了减小实验误差，下列说法正确的是________。A．实验之前将轨道倾斜来平衡摩擦力，平衡摩擦力时需要挂上砝码盘和砝码B．实验之前将轨道倾斜来平衡摩擦力，平衡摩擦力时不需要挂上砝码盘和砝码C．砝码盘和砝码的总质量应远大于小车的质量D．砝码盘和砝码的总质量应远小于小车的质量(2)若实验测得小车Ⅱ位移近似是小车Ⅰ位移的两倍，则可得实验结论：在质量一定的情况下，物体的加速度与所受到的合外力成________(填“正比”或“反比”)。BD正比(3)由于实验中将砝码和砝码盘的总重力作为小车所受合外力的大小，因此s1和s2的大小关系是________。A．2s1＞s2B．2s1＝s2C．2s1＜s2解析(1)实验前需要平衡摩擦力，平衡摩擦力时不需要挂上砝码盘和砝码，故A错误，B正确；若要将砝码和砝码盘的总重力作为小车所受合力，须满足砝码和砝码盘的总质量远小于小车质量，故C错误，D正确。解析B(2)使两小车同时开始运动，并同时停止，两车运动的位移s＝12at2，则位移与加速度成正比，实验测得小车Ⅱ位移近似是小车Ⅰ位移的两倍，由题知小车Ⅱ所受合力为小车Ⅰ的两倍，则可得实验结论：在质量一定的情况下，物体的加速度与所受到的合外力成正比。(3)由于实验中将砝码和砝码盘的总重力作为小车所受合外力的大小，根据运动的位移公式s＝12at2，结合牛顿第二定律F＝ma，可知s1和s2的大小关系是：2s1＝s2，故A、C错误，B正确。解析3．如图甲所示为“探究加速度与物体所受合外力的关系”的实验装置图。图甲中A为小车，质量为m1，连接在小车后面的纸带穿过打点计时器B，它们均置于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，不计绳与滑轮之间的摩擦。(1)下列说法正确的是________。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m1D．测力计的读数始终为m2g2(2)如图乙所示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的大小是________m/s2(交流电的频率为50Hz，结果保留两位有效数字)。B0.50(3)实验时，某同学由于疏忽，遗漏了平衡摩擦力这一步骤，他测量得到的图象，可能是下列哪个选项中的图象________。C解析(1)该实验首先必须要平衡摩擦力，一端带有定滑轮的长木板要倾斜，故A错误；为使打点的个数较多，打点计时器在使用时都要求先接通电源后释放小车，故B正确；由于该实验中绳的拉力可由测力计示数获得，不需要用重物的重力来代替，故不要求重物质量远小于小车质量，故C错误；由于重物向下做加速运动，由牛顿第二定律：m2g－2F＝m2a，解得测力计的读数为：F＝m2g－m2a2，故D错误。(2)根据匀变速直线运动的推论公式Δx＝aT2得：a＝3.39－2.89×10－20.12m/s2＝0.50m/s2。(3)若没有平衡摩擦力，当绳上的拉力增大到一定值时，小车才有加速度，即a­F的图线在F正半轴上有截距，C正确，A、B错误。解析4．如图甲所示，一端带滑轮的木板固定在水平桌面上，利用钩码拉动滑块在木板上运动来测量木板和滑块间的动摩擦因数。(1)下列操作中必要的有________。A．调整定滑轮高度，使细绳与水平木板平行B．将木板右端垫起一个角度C．释放滑块的位置应尽量靠近打点计时器D．钩码的质量远小于滑块的质量AC(2)滑块在钩码拉动下带动纸带运动时打出的一条纸带如图乙所示，已知打点计时器接频率为f的交流电源，则滑块的加速度可表示为a＝______________。(3)若M为滑块的质量，m为钩码的质量，a为滑块的加速度，重力加速度为g，则木板和滑块间的动摩擦因数μ可表示为______________。x2－x1f22mg－m＋MaMg解析(1)若细绳与水平木板不平行，滑块在运动过程中，细绳与水平木板间的夹角会变化，滑块与水平木板间的弹力会变化，则摩擦力也会变化，故应该调整定滑轮高度，使细绳与水平木板平行，A正确；本实验不需要平衡摩擦力，故不需要将木板右端垫起一个角度，B错误；为使纸带上有尽量多的范围打点，释放滑块的位置尽量靠近打点计时器，故C正确；本实验的对象为钩码与滑块组成的系统，故不需要满足钩码的质量远小于滑块的质量，故D错误。(2)根据位移差公式Δx＝aT2，可得加速度为a＝ΔxT2＝x2－x121f2＝x2－x1f22。解析(3)设细绳拉力为T，对滑块有T－μMg＝Ma，对钩码有mg－T＝ma，联立可得μ＝mg－m＋MaMg。解析题组二高考真题5.(2019·全国卷Ⅱ)如图a，某同学设计了测量铁块与木板间动摩擦因数的实验。所用器材有：铁架台、长木板、铁块、米尺、电磁打点计时器、频率50Hz的交流电源、纸带等。回答下列问题：(1)铁块与木板间动摩擦因数μ＝__________(用木板与水平面的夹角θ、重力加速度g和铁块下滑的加速度a表示)。gsinθ－agcosθ(2)某次实验时，调整木板与水平面的夹角使θ＝30°。接通电源，开启打点计时器，释放铁块，铁块从静止开始沿木板滑下。多次重复后选择点迹清晰的一条纸带，如图b所示。图中的点为计数点(每两个相邻的计数点间还有4个点未画出)。重力加速度为9.80m/s2，可以计算出铁块与木板间的动摩擦因数为____________(结果保留2位小数)。0.35解析(1)铁块受重力、木板弹力及摩擦力作用，受力分析如图。由牛顿第二定律得：mgsinθ－μFN＝ma且FN＝mgcosθ联立以上两式解得μ＝gsinθ－agcosθ。解析(2)由逐差法求铁块加速度：a＝x5＋x6＋x7－x1＋x2＋x312T2＝[76.39－31.83－20.90]12×0.12×10－2m/s2≈1.97m/s2代入μ＝gsinθ－agcosθ，得μ≈0.35。解析6．(2018·江苏高考)某同学利用如图所示的实验装置来测量重力加速度g。细绳跨过固定在铁架台上的轻质滑轮，两端各悬挂一只质量为M的重锤。实验操作如下：①用米尺量出重锤1底端距地面的高度H；②在重锤1上加上质量为m的小钩码；③左手将重锤2压在地面上，保持系统静止。释放重锤2，同时右手开启秒表，在重锤1落地时停止计时，记录下落时间；④重复测量3次下落时间，取其平均值作为测量值t。请回答下列问题(1)步骤④可以减小对下落时间t测量的________(选填“偶然”或“系统”)误差。(2)实验要求小钩码的质量m要比重锤的质量M小很多，主要是为了________。A．使H测得更准确B．使重锤1下落的时间长一些C．使系统的总质量近似等于2MD．使细绳的拉力与小钩码的重力近似相等偶然B(3)滑轮的摩擦阻力会引起实验误差。现提供一些橡皮泥用于减小该误差，可以怎么做？______________________________________________________________________________。(4)使用橡皮泥改进实验后，重新进行实验测量，并测出所用橡皮泥的质量为m0。用实验中的测量量和已知量表示g，得g＝___________________。在重锤1上粘上橡皮泥，调整橡皮泥质量直至轻拉重锤1能观察到其匀速下落22M＋m＋m0Hmt2解析(1)时间测量是人为操作快慢和读数问题带来的误差，所以属于偶然误差。(2)由于自由落体运动的加速度较大，下落H高度的时间较短，为了减小测量时间的实验误差，就要使重锤下落的时间长一些，因此系统下降的加速度要小，所以小钩码的质量要比重锤的质量小很多。(3)为了消除滑轮的摩擦阻力，可用橡皮泥粘在重锤1上，轻拉重锤放手后若系统做匀速运动，则表示平衡了阻力。(4)根据牛顿第二定律有mg＝(M＋m0＋m＋M)a，又H＝12at2，解得g＝22M＋m0＋mHmt2。解析7.(2016·全国卷Ⅲ)某物理课外小组利用图a中的装置探究物体加速度与其所受合外力之间的关系。图中，置于实验台上的长木板水平放置，其右端固定一轻滑轮；轻绳跨过滑轮，一端与放在木板上的小滑车相连，另一端可悬挂钩码。本实验中可用的钩码共有N＝5个，每个质量均为0.010kg。实验步骤如下：(1)将5个钩码全部放入小车中，在长木板左下方垫上适当厚度的小物块，使小车(和钩码)可以在木板上匀速下滑。(2)将n(依次取n＝1,2,3,4,5)个钩码挂在轻绳右端，其余N－n个钩码仍留在小车内；用手按住小车并使轻绳与木板平行。释放小车，同时用传感器记录小车在时刻t相对于其起始位置的位移s，绘制s­t图象，经数据处理后可得到相应的加速度a。(3)对应于不同的n的a值见下表。n＝2时的s­t图象如图b所示；由图b求出此时小车的加速度(保留两位有效数字)，将结果填入下表。n12345a/(m·s－2)0.200.580.781.00答案0.39(在0.37～0.49范围内也可)(4)利用表中的数据在图c中补齐数据点，并作出a­n图象。从图象可以看出：当物体质量一定时，物体的加速度与其所受的合外力成正比。答案如图所示(5)利用a­n图象求得小车(空载)的质量为________________________________kg(保留两位有效数字，重力加速度取g＝9.8m·s－2)。(6)若以“保持木板水平”来代替步骤(1)，下列说法正确的是________(填入正确选项前的标号)。A．a­n图线不再是直线B．a­n图线仍是直线，但该直线不过原点C．a­n图线仍是直线，但该直线的斜率变大0.45(在