【备战】全国高考物理试题汇编（第四期）C4实验：验证牛顿定律（含解析）.doc

c4 实验：验证牛顿定律【题文】（物理卷2015届安徽省六校教育研究会高三第一次联考试卷（2014.08）12在研究“物体加速度与力的关系”的实验中，某学习小组使用的实验装置如图所示：(1) 由于没有打点计时器，该小组让小车由静止开始运动，发生位移，记录时间，则小车的加速度的表达式为=_。(2) 指出该实验中的一个明显疏漏：_ 。(3)纠正了疏漏之处后，保持小车的质量不变，改变砂桶与砂的总重力，多次实验，根据得到的数据，在图象中描点（如图所示）。结果发现右侧若干个点明显偏离直线，造成此误差的主要原因是 。a轨道倾斜不够 b轨道倾斜过度c砂桶与砂的总重力太大 d所用小车的质量太大(4)若不断增加砂桶中砂的质量，图象中各点连成的曲线将不断延伸，那么加速度的趋向值为_ ，绳子拉力的趋向值为_ 。【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）（2）没有倾斜轨道，平衡摩擦力（3）c（4）， 解析：（ 1）根据位移时间公式得，x=at2，则a=；（2）实验中一个明显的疏漏是没有平衡摩擦力，即没有垫起轨道右端，使小车的重力沿轨道的分力与摩擦力相平衡（3）由于oa段a-f关系为一倾斜的直线，所以在质量不变的条件下，加速度与外力成正比；由实验原理：mg=ma得a=，而实际上a=，可见a，b段明显偏离直线是由于没有满足mm造成的，故c正确（4）因为钩码的重力在这个实验中充当小车所收到的合外力，当钩码的重力非常大时，它将带动小车近似做加速度为g 的运动此时由于t=ma 因此，拉力约为小车与发射器的总重力，即mg【思路点拨】（1）实验中出现的明显疏漏是没有平衡摩擦力，通过重力沿轨道方向的分力与摩擦力平衡进行平衡摩擦力（2）根据匀变速在小运动的位移时间公式得出加速度的表达式（3）当mm时，钩码的重力基本等于绳子的拉力，即小车的合力，当不满足mm时，拉力和钩码的总重力出现明显的差值，图线偏离直线（4）若所挂钩码不断增加，当钩码的重力非常大时，它将带动小车近似做加速度为g 的运动，结合牛顿第二定律得出绳子拉力的趋向值实验装置虽然有所变动，但是实验原理、实验方法、操作细节等是一样的，故任何实验明确实验原理是解答实验的关键【题文】（物理卷2015届河北省石家庄二中高三开学考试（2014.08）13.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 。【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)非线性 (2)存在摩擦力 (3)调节轨道的倾斜度以平衡摩擦力远小于小车的质量 解析： ：（1）根据该同学的结果得出a-m图线是曲线，即小车的加速度与钩码的质量成非线性关系；（2）从上图中发现直线没过原点，当a=0时，m0，即f0，也就是说当绳子上拉力不为0时，小车的加速度为0，所以可能的原因是存在摩擦力（3）若利用本实验来验证“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：调节轨道的倾斜度以平衡摩擦力，即使得绳子上拉力等于小车的合力根据牛顿第二定律得，整体的加速度a=，则绳子的拉力f=ma=，知钩码的质量远小于小车的质量时，绳子的拉力等于钩码的重力，所以钩码的质量应满足的条件是远小于小车的质量【思路点拨】该实验的研究对象是小车，采用控制变量法研究当质量一定时，研究小车的加速度和小车所受合力的关系为消除摩擦力对实验的影响，可以把木板的右端适当垫高，以使小车的重力沿斜面分力和摩擦力抵消，那么小车的合力就是绳子的拉力该实验是探究加速度与力、质量的三者关系，研究三者关系必须运用控制变量法对于实验我们要清楚每一项操作存在的理由比如为什么要平衡摩擦力，这样问题我们要从实验原理和减少实验误差方面去解决【题文】（物理卷2015届浙江省“温州八校”高三返校联考（2014.08）15（6分）利用下图装置可以做力学中的许多实验，（1）以下说法正确的是_ _。a用此装置“研究匀变速直线运动”时，必须设法消除小车和滑轨间的摩擦阻力的影响b用此装置“研究匀变速直线运动”时，必须调整滑轮高度使连接小车的细线与滑轨平行c用此装置“探究加速度a与力f的关系” 每次改变砝码及砝码盘总质量之后，需要重新平衡摩擦力d用此装置“探究加速度a与力f的关系”应使小盘和盘内砝码的总质量远小于小车的质量（2）本装置中要用到打点计时器，如图所示为实验室常用的两种计时器，其中甲装置用的电源要求是 。a交流220v b直流220v c交流4 - 6v d直流4 - 6v（3）在利用此装置“探究加速度a与力f的关系”时，实验中按规范操作打出的一条纸带的一部分如下图。已知打点计时器接在频率为50hz的交流电源上，则此次实验中打点计时器打下a 点时小车的瞬时速度为 m/s。（结果保留2位有效数字）【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）_ bd_；（2） a ；（3） 0.51 0.53 m/s。解析：（1）a、此装置可以用来研究匀变速直线运动，但不需要平衡摩擦力，故a错误；b、此装置可以用来研究匀变速直线运动，需要使小车受到的拉力沿水平方向，所以要求此装置可以用来研究匀变速直线运动故b正确；c、探究“功与速度变化的关系”实验时，需要平衡摩擦力，方法是将木板带打点计时器的一端适当垫高，这样做的目的是利用小车重力沿斜面分力补偿小车运动中所受阻力的影响， 与质量无关，所以改变质量后不需要重新平衡摩擦力，故c错误d、在利用该装置来“探究物体的加速度与力、质量的关系”时，设小车的质量为m，小吊盘和盘中物块的质量为m，设绳子上拉力为f，以整体为研究对象有mg=（m+m）a解得a=以m为研究对象有绳子的拉力f=ma=mg显然要有f=mg必有m+m=m，故有mm，即只有mm时才可以认为绳对小车的拉力大小等于小吊盘和盘中物块的重力故d正确；故选：bc（2）甲装置是电火花打点计时器，直接接220v交流电源；故选：a（3）根据中间时刻的速度等于平均速度得：va 【思路点拨】（1）利用图示小车纸带装置可以完成很多实验，在研究匀变速直线运动时不需要平衡摩擦力，在探究“小车的加速度与质量的关系”和探究“功与速度变化的关系”实验时，需要平衡摩擦力；在探究“小车的加速度a与力f的关系”时，根据牛顿第二定律求出加速度a的表达式，不难得出当钧码的质量远远大于小车的质量时，加速度a近似等于g的结论（2）甲装置是电火花打点计时器，直接接220v交流电源，乙装置是电磁式打点计时器，需接低压交流电源；（3）根据中间时刻的速度等于平均速度求解a点速度解决实验问题首先要掌握该实验原理，了解实验的操作步骤和数据处理以及注意事项，然后熟练应用物理规律来解决实验问题，知道匀变速直线运动中间时刻的速度等于平均速度【题文】（物理卷2015届浙江省台州中学高三上学期第一次统练（2014.09）21在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中，小车及车中砝码的质量用m表示，盘及盘中砝码的质量用m表示，小车的加速度可由小车后面拉动的纸带经打点计时器打出的点计算得到(1)当m与m的大小关系满足 时，才可以认为绳对小车的拉力大小等于盘及盘中砝码的总重力(2)甲同学在探究加速度与力的关系时，根据测量数据作出的a一f图线，如图a所示则实验存在的问题是 (3)乙、丙两同学用同一装置探究加速度与力的关系时，画出了各自得到的a一f图线，如图b所示则两同学做实验时的哪一个物理量取值不同? 答： (4)下图是实验中得到的纸带已知打点计时器使用的交流电频率为50hz，每相邻两个计数点间还有4个点未画出，利用下图给出的数据可求出小车下滑的加速度为 rn/s2(结果保留三位有效数字)【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) mm (2)平衡摩擦力时木板倾角过大 （3）两小车及车上砝码总质量不同 （4） 1.58m/s2 解析：（1）根据牛顿第二定律得：对m：mg-f拉=ma对m：f拉=ma解得：f拉=，当mm时，即小车的质量远大于砝码和盘的总质量，绳子的拉力近似等于砝码和盘的总重力（2）当f等于零，但是加速度不为零，知平衡摩擦力过度（3）根据a=知，图线的斜率为小车质量的倒数，斜率不同，知小车的质量不同（4）由于每相邻两个计数点间还有4个点没有画出，所以相邻的计数点间的时间间隔t=0.1s，根据x=at2，运用逐差法得，a= 【思路点拨】（1）要求在什么情况下才可以认为绳对小车的拉力大小等于盘和盘中砝码的重力，需求出绳子的拉力，而要求绳子的拉力，应先以整体为研究对象求出整体的加速度，再以m为研究对象求出绳子的拉力，通过比较绳对小车的拉力大小和盘和盘中砝码的重力的大小关系得出只有mm时才可以认为绳对小车的拉力大小等于盘和盘中砝码的重力（2）根据f=0，加速度不为零，分析图线不过原点的原因（3）根据牛顿第二定律得出斜率的物理意义，从而进行判断（4）根据连续相等时间内的位移之差是一恒量，运用逐差法求出小车的加速度【题文】（物理卷2015届浙江省温州市十校联合体（温州中学等）高三上学期期初联考（2014.08）17. 某同学设计了如图所示的装置来验证“加速度与力的关系”.把打点计时器固定在长木板上，把纸带穿过打点计时器连在小车的左端.将数字测力计固定在小车上，小车放在长木板上.在数字测力计的右侧拴有一细线，细线跨过固定在木板边缘的定滑轮与一重物相连，在重物的牵引下，小车在木板上加速运动，数字测力计可以直接显示细线拉力的大小. （1）采用数字测力计测量细线拉力与用重物重力代替拉力的方法相比，下列说法正确的是 _（填选项前的字母）a可以不用平衡摩擦力b直接测量小车（包括测力计）所受的拉力，可以减少误差c利用此实验装置还需要测量重物的质量d重物的质量要远远小于小车和数显测力计的总质量（2）下图是某同学在此实验中获得的一条纸带，其中两相邻计数点间有四个点未画出，已知打点计时器使用的交流电源的频率为50hz，则小车运动的加速度a=_m/s2.（3）保持小车和数字测力计的总质量一定，改变钩码的质量，测出相应的加速度，采用图象法处理数据请同学们根据测量数据做出af图象. wf/na/0.20.40.60.81.00.200.300.400.100.500【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）b （2）0.39 （3）如图所示f/na/0.20.40.60.81.00.200.300.400.100.500 解析：采用数显测力计测量细线拉力与用重物重力代替拉力的方法相比，可以直接测量出小车（包括测力计）所受的拉力，不需要再满足重物的质量要远远小于小车和数显测力计的总质量的条件，也不需要测量重物的质量，从而减少了实验的系统误差，故b正确，c、d错误，但仍需要平衡摩擦力，否则细线拉力就不是小车受到的合力，故a错误故选：b因为连续相等时