牛二律实验 习题.doc

牛二律 实验复习 11/8/2019某同学设计了一个如图13所示的装置测定滑块与木板间的动摩擦因数，其中A为滑块，B和C是质量可调的砝码，不计绳和滑轮的质量及它们之间的摩擦，装置水平放置。实验中该同学在砝码总质量(mmm0)保持不变的条件下，改变m和m的大小，测出不同m下系统的加速度，然后通过实验数据的分析就可求出滑块与木板间的动摩擦因数(1)该同学手中有打点计时器、纸带、质量已知且可随意组合的砝码若干、滑块、一端带有定滑轮的长木板、细线，为了完成本实验，得到所要测量的物理量，还应有 ()A秒表B毫米刻度尺C天平D低压交流电源(2)实验中，该同学得到一条较为理想的纸带，如图所示，从清晰的O点开始，每隔4个点取一计数点(中间4个点没画出)，分别记为A、B、C、D、E、F，各计数点到O点的距离为OA1.61 cm，OB4.02 cm，OC7.26 cm，OD11.30 cm，OE16.14 cm，OF21.80 cm，打点计时器打点频率为50 Hz，则由此纸带可得到打E点时滑块的速度v_m/s，此次实验滑块的加速度a_m/s2.(结果均保留两位有效数字)(3)在实验数据处理中，该同学以m为横轴，以系统的加速度a为纵轴，绘制了如图15所示的实验图线，结合本实验可知滑块与木板间的动摩擦因数_.(g取10 m/s2)【答案解析】（1）B （2）0.52；0.81；（3）0.3 解析：（1）实验需要测两点间距离，故要刻度尺，打点计时器用到低压电源，故BD正确（2）每隔4个点取一计数点，相邻计数点间的时间间隔为0.1秒，用平均速度等于中间时刻的瞬时速度可得：，同理可求，由匀变速规律得：所以=0.52m/s, 由得=0.81 m/ （3）对系统应用牛顿第二定律可得：a=所以，a-m图像中，纵轴的截距为-,故-=-3，=0.3【思路点拨】（1）需要交流电源和长度的测量工具.（2）每隔4个点取一计数点，相邻计数点间的时间间隔为0.1秒，用平均速度等于中间时刻的瞬时速度求解速度，用求解加速度.（3）对系统应用牛顿第二定律，得到图线的纵截距为-g,可解得动摩擦因数如图为验证牛顿第二定律的实验装置示意图图中打点计时器的电源为50 Hz的交流电源，打点的时间间隔用t表示在小车质量未知的情况下，某同学设计了一种方法用来探究“在外力一定的条件下，物体的加速度与其质量间的关系”(1) (3分)完成下列实验步骤中的填空：平衡小车所受的阻力：小吊盘中不放物块，调整木板右端的高度，用手轻拨小车，直到打点计时器打出一系列_的点按住小车，在小吊盘中放入适当质量的物块，在小车中放入砝码打开打点计时器电源，释放小车，获得带有点列的纸带，在纸带上标出小车中砝码的质量m.按住小车，改变小车中砝码的质量，重复步骤.在每条纸带上清晰的部分，每5个间隔标注一个计数点测量相邻计数点的间距s1，s2，.求出与不同m相对应的加速度a.以砝码的质量m为横坐标，1/a为纵坐标，在坐标纸上作出1/a -m关系图线若加速度与小车和砝码的总质量成反比，则1/a与m应成_关系(填“线性”或“非线性”)(2)完成下列填空：(1分)本实验中，为了保证在改变小车中砝码的质量时，小车所受的拉力近似不变，小吊盘和盘中物块的质量之和应满足的条件是_(4分)图为所得实验图线的示意图设图中直线的斜率为k，在纵轴上的截距为b，若牛顿第二定律成立，则小车受到的拉力为_，小车的质量为_(2)为保证小车所受拉力近似不变，应满足小吊盘和盘中物块的质量之和远小于小车的质量设小车质量为M，由牛顿第二定律可得：F(Mm)a ，结合图象可知：k F，b MbF.答案(1)等间距（1分）线性（2分）(2)远小于小车和砝码的总质量(填“远小于小车的质量”同样正确) （1分）（2分）（2分）某实验小组设计了如下图(a)所示的实验装置，通过改变重物的质量，利用计算机可得滑块运动的加速度a和所受拉力F的关系图象他们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aF图线，如下图(b)所示(a)(b)(1)图线_是在轨道左侧抬高成为斜面情况下得到的(选填“”或“”)(2)滑块和位移传感器发射部分的总质量m_kg；滑块和轨道间的动摩擦因数_. 【答案解析】(1)(2)0.50.2 解析：（1）由图象可知，当F=0时，a0也就是说当绳子上没有拉力时小车就有加速度，该同学实验操作中平衡摩擦力过大，即倾角过大，平衡摩擦力时木板的右端垫得过高所以图线是在轨道右侧抬高成为斜面情况下得到的（2）根据F=ma得a=F/m所以滑块运动的加速度a和所受拉力F的关系图象斜率等于滑块和位移传感器发射部分的总质量的倒数由图形b得加速度a和所受拉力F的关系图象斜率k=2，所以滑块和位移传感器发射部分的总质量m=0.5Kg由图形b得，在水平轨道上F=1N时，加速度a=0，根据牛顿第二定律得F-mg=0解得=0.2【思路点拨】知道滑块运动的加速度a和所受拉力F的关系图象斜率等于滑块和位移传感器发射部分的总质量的倒数对滑块受力分析，根据牛顿第二定律求解通过作出两个量的图象，然后由图象去寻求未知量与已知量的关系运用数学知识和物理量之间关系式结合起来求解如图114所示的实验装置可以验证牛顿运动定律，小车上固定一个盒子，盒子内盛有砂子，砂桶的总质量(包括桶以及桶内砂子质量)记为m，小车的总质量(包括小车、盒子及盒内砂子质量)记为M.(1)验证在质量不变的情况下，加速度与合外力成正比：从盒子中取出一些砂子，装入砂桶中，称量并记录砂桶的总重力mg，将该力视为合外力F，对应的加速度a则从打下的纸带上计算得出多次改变合外力F的大小，每次都会得到一个相应的加速度本次实验中，桶内的砂子取自小车中，故系统的总质量不变以合外力F为横轴，以加速度a为纵轴，画出aF图象，图象是一条过原点的直线aF图线斜率的物理意义是_你认为把砂桶的总重力mg当做合外力F是否合理？答：_.(填“合理”或“不合理”); 本次实验中，是否应该满足Mm这样的条件？答：_(填“是”或“否”)；理由是_(2)验证在合外力不变的情况下，加速度与质量成反比：保持桶内砂子质量m不变，在盒子内添加或去掉一些砂子，验证加速度与质量的关系本次实验中，桶内的砂子总质量不变，故系统所受的合外力不变用图象法处理数据时，以加速度a为纵轴，应该以_的倒数为横轴解析：(1)将车内的砂子转移到桶中，就保证了Mm不变，即系统的总质量不变，研究对象是整个系统，aF/(M+m)mg/(M+m)，可见aF图象斜率的物理意义是1/(M+m).系统的合外力就等于所悬挂砂桶的重力mg，不必满足Mm这样的条件(2)向小车内添加或去掉部分砂子，是改变系统的总质量Mm，而系统的合外力仍等于所悬挂砂桶的重力mg，保证了合外力不变所以用图象法处理数据时，以加速度a为纵轴，应该以Mm倒数为横轴答案：(1)1/(M+m)合理否，因为实验的研究对象是整个系统，系统受到的合外力就等于mg (2)Mm某研究性学习小组采用如图1所示的装置，探究物体的加速度与质量的关系提供的器材有：气垫导轨、滑块(总质量为M，左端装有遮光板)、光电门(配接数字计时器)、米尺、铁架台实验中，测出导轨顶端A与光电门所在位置B的距离为L，导轨顶端距B的高度为h.(1)用游标卡尺测量遮光板的宽度d，如图2所示，则d_mm；(2)实验中为了测量多组数据，在滑块上多次添加砝码(砝码质量为m)，为使滑块受到的合外力保持不变，应调节_，使_保持不变；(3)图3为研究“在外力一定的条件下，物体的加速度与其质量的关系”时所得的实验图象，横坐标m为小车上砝码的质量设图中直线的斜率为k，在纵轴上的截距为b，若牛顿定律成立，则小车受到的拉力为_，小车的质量为_解析：(1)游标卡尺读数为d3 mm50.05 mm3.25 mm.(2)设气垫导轨倾角为，则F(Mm)gsin(Mm)g，要使F不变，可调节h使(Mm)h不变(3)根据牛顿第二定律有F(mM)a，变形得1/am/FM/F，所以1/am图象的斜率为1/Fk，所以作用力F1/F，1/am图象的截距为M/Fb，所以Mb/k.答案：(1)3.25(2)高度h(Mm)h(3) 1/k b/k某实验小组利用图示装置探究加速度与力、质量的关系。(1)下列做法正确的是_(填选项)。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，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，应满足的条件是木块和木块上砝码的总质量 砝码桶及桶内砝码的总质量 (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，各取一套图示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，分别得到图中甲、乙两条直线，则a与拉力F的关系式为a= （表达式含木块质量m及木块与桌面动摩擦因数），并由图中图线得到甲 乙(选填“大于”“小于”或“等于”)。计算题(本大题共2小题，共30分，要有必要的文字说明和解题步骤，有数值计算的要注明单位) (1) A (2)远大于(3) a= F-g甲 大于 乙某同学设计了如图所示的装置来探究加速度与力的关系弹簧秤固定在一合适的木块上，桌面的右边缘固定一个光滑的定滑轮，细绳的两端分别与弹簧秤的挂钩和矿泉水瓶连接在桌面上画出两条平行线P、Q，并测出间距d.开始时将木块置于P处，现缓慢向瓶中加水，直到木块刚刚开始运动为止，记下弹簧秤的示数F0，以此表示滑动摩擦力的大小再将木块放回原处并按住，继续向瓶中加水后，记下弹簧秤的示数F，然后释放木块，并用秒表记下木块从P运动到Q处的时间t.(1)木块的加速度可以用d和t表示为a_.(2)改变瓶中水的质量重复实验，确定加速度a与弹簧秤示数F的关系下图中能表示该同学实验结果的是_(3)用加水的方法改变拉力的大小与挂钩码的方法相比，它的优点是_A可以改变滑动摩擦力的大小B可以更方便地获取更多组实验数据C可以更精确地测出摩擦力的大小D可以获得更大的加速度以提高实验精度【知识点】探究加速度与物体质量、物体受力的关系C4【答案解析】(1)2d/t2(2)C(3)BC解析 ：（1）根据匀变速直线运动公式得：d=(1/2)at2；解得：a=2d/t2（2）当F1F0时，木板才产生加速度随着继续向瓶中加水后，矿泉水瓶的质量不断增加，矿泉水瓶的质量不能远小于木板的质量，那么水的重力与绳子的拉力差值越来越大，则图象出现弯曲故选：C（3）A、不可以改变滑动摩擦力的大小，故A错误B缓慢向瓶中加水，可以更方便地获取多组实验数据，故B正确 C缓慢向瓶中加水，直到木板刚刚开始运动，可以比较精确地测出摩擦力的大小，故C正确 D并没有获得很大的加速度，可以获取多组实验数据以提高实验精度故D错误故选：BC【点拨】（1）长木板做匀加速直线运动，根据位移时间关系公式列式求解加速度；（2）知道减小误差的常用方法是多次测量取平均值；（3）知道当水的质量远远小于木板的质量时，水的重力近似等于绳子的拉力书本上的实验，我们要从实验原理、实验仪器、实验步骤、实验数据处理、实验注意事项这几点去搞清楚实验的图象描绘，物理结合数学的应用都值得注意，同时区别瓶中加水与加砝码的优点如图所示为山丹一中两位同学探究“物体的加速度与其质量、所受合外力的关系”的实验装置图(1)实 验中，两位同学安装好实验装置后，首先平衡摩擦力，他们将长木板的一端适当垫高些后，在不挂砝码盘的情况下，使小车靠近打点计时器后，先接通电源，后用手 轻拨小车，小车便拖动纸带在木板上自由运动。若打点计时器第一次在纸带上打出的计时点越来越稀疏（从打出的点的先后顺序看），则第二次打点前应将长木板底 下的小木块垫的比原先更加_（选填“高”或“低”）些；重复以上操作步骤，直到打点计时器在纸带上打出一系列_的计时点，便说明平衡摩擦力合适。（2）平衡摩擦力后，在_的条件下，两位同学可以认为砝码盘(连同砝码)的总重力近似等于小车的所受的合外力。(3)接下来，这两位同学先保持小车的质量不变的条件下，研究小车的加速度与受到的合外力的关系；下图为某次操作中打出的一条纸带，他们在纸带上标出了5个计数点，在相邻的两个计数点之间还有4个点未标出，图中数据的单位是cm。实验中使用的是频率f50 Hz的交变电流根据以上数据，可以算出小车的加速度a_m/s2。(结果保留三位有效数字)(4)然后，两位同学在保持小车受到的拉力不变的条件下，研究小车的加速度a与其质量M的关系。他们通过给小车中增加砝码来改变小车的质量M，得到小车的加速度a与质量M的数据，画出a1/M图线后，发现：当1/M较大时，图线发生弯曲。于是，两位同学又对实验方案进行了进一步地修正，避免了图线的末端发生弯曲的现象，那么，两位同学的修正方案可能是 ()A改画a与(Mm)关系图线 B改画a与m/M关系图线C改画a与1/(M+m)关系图线D改画a与1/(M+m)2图线（5）探究“物体的加速度与其质量、所受合外力的关系”实 验完成后，两位同学又打算测出小车与长木板间的动摩擦因数。于是两位同学先取掉了长木板右端垫的小木块，使得长木板平放在了实验桌上，并把长木板固定在实 验桌上，具体的实验装置如图所示；在砝码盘中放入适当的砝码后，将小车靠近打点计时器，接通电源后释放小车，打点计时器便在纸带上打出了一系列的点，并在 保证小车的质量M、砝码（连同砝码盘）的质量m不变的情况下，多次进行实验打出了多条纸带，分别利用打出的多条纸带计算出了小车运动的加速度，并求出平均加速度，则小车与长木板间的动摩擦因数=_。（用m、M、g表示）答案：(1) 低（1分）；点间隔均匀（1分）或点间隔相等、点间距相等均给分。（2）在砝码盘(连同砝码)的总质量远小于小车的质量（2分）或小车的质量远大于砝码盘(连同砝码)的总质量。(3)(4)C（5）实验装置如图甲所示，一木块放在水平长木板上，左侧拴有一细软线，跨过固定在木板边缘的滑轮与一重物相连，木块右侧通过纸带与打点计时器相连。在重物的牵引下，木块在木板上向左加速运动。图乙给出了重物落地前，打点计时器在纸带上打出的一些点（单位：cm）。（1）已知打点计时器使用的交变电流的频率为50Hz，结合图乙给出的数据(单位：cm)，求出木块运动加速度的大小为_m/s2，并求出纸带中P点瞬时速度大小为_m/s（计算结果均保留2位有效数字）。（2）设重物的质量为m，木块的质量为M，且线与纸带的质量均不计，除了木块与木板间有摩擦外，其它部分的摩擦不计，重力加速度用g表示，若测得的加速度为a，则木块和木板之间的动摩擦因数的表达式为= _。答案：为验证牛顿第二定律的实验装置示意图。图中打点计时器的电源为50Hz的交流电源，打点的时间间隔用t表示。在小车质量未知的情况下，某同学设计了一种方法用来研究“在外力一定的条件下，物体的加速度与其质量间的关系”。（1）完成下列实验步骤中的填空：平衡小车所受的阻力：小吊盘中不放物块，调整木板右端的高度，用手轻拨小车，直到打点计时器打出一系列_的点。按住小车，在小吊盘中放入适当质量的物块，在小车中放入砝码。打开打点计时器电源，释放小车，获得带有点列的纸袋，在纸袋上标出小车中砝码的质量m。按住小车，改变小车中砝码的质量，重复步骤。在每条纸带上清晰的部分，没5个间隔标注一个计数点。测量相邻计数点的间距s1，s2，。求出与不同m相对应的加速度a。以砝码的质量m为横坐标1/a为纵坐标，在坐标纸上做出1/a-M关系图线。若加速度与小车和砝码的总质量成反比，则1/a与m处应成_关系（填“线性”或“非线性”）。（2）完成下列填空：（）本实验中，为了保证在改变小车中砝码的质量时，小车所受的拉力近似不变，小吊盘和盘中物块的质量之和应满足的条件是_。（）设纸带上三个相邻计数点的间距为s1、s2、s3。a可用s1、s3和t表示为a=_。图2为用米尺测量某一纸带上的s1、s3的情况，由图可读出s1=_mm，s3=_。由此求得加速度的大小a=_m/s2。（）图3为所得实验图线的示意图。设图中直线的斜率为k，在纵轴上的截距为b，若牛顿定律成立，则小车受到的拉力为_，小车的质量为_。某探究学习小组的同学们要验证“牛顿运动定律”,他们在实验室组装了一套如图所示的装置,水平轨道上安装两个光电门,小车上固定有力传感器和挡光板,细线一端与力传感器连接,另一端跨过定滑轮挂上砝码盘。实验时,调整轨道的倾角正好能平衡小车所受的摩擦力(图中未画出)。(1)该实验中小车所受的合力 (选填“等于”或“不等于”)力传感器的示数,该实验是否需要满足砝码和砝码盘的总质量远小于小车的质量? (选填“需要”或“不需要”)(2)实验获得以下测量数据:小车、力传感器和挡光板的总质量M,挡光板的宽度l,光电门1和2的中心距离为s。某次实验过程: