高中物理牛顿运动定律实验和计算题.doc

牛顿运动定律实验和计算题一、实验题1一小车做匀变速直线运动，某段时间的运动情况如图所示，已知打点计时器所用的交流电的频率为50Hz，图中A、B、C、D、E、F是所选定的计数点，每两个计数点之间均包括四个点。测出A、B间距离为50mm，D、E间距离为35mm，则小车的加速度大小为 m/s2；若再测出E、F间距为30mm，则打点计时器打计数点E时小车的速度大小为 m/s。2某同学在做“验证力的平行四边形定则”实验时，根据测量结果在白纸上画出如图所示的图，其中O为橡皮筋与细绳的结点。（1）图中的 是F1和F2的合力的理论值； 是F1和F2的合力的实际测量值。（2）本实验采用的科学方法是 （填字母代号）A理想实验法B等效替代法C控制变量法D建立物理模型法3在“探究弹力和弹簧伸长关系”的实验中，某实验小组将不同数量的钩码分别挂竖直弹簧下端，进行测量，根据实验所测数据，利用描点法做出了所持钩码的重力G与弹簧总长L的关系图象，根据图象回答以下问题。（1）弹簧的原长为 。（2）弹簧的劲度系数为 。（3）分析图象，总结出弹簧力F跟弹簧长度L之间的关系式为 。4利用如下图装置做探索弹力和弹簧伸长关系的实验。所用的钩码每只的质量30g。实验中，先测出不挂钩码时弹簧的自然长度，再将5个钩码逐个加挂在弹簧下端，稳定后依次测出相应的弹簧总长度，将数据填在表中。（弹力始终未超过弹性限度，取g=10m/s2）记录数据组123456钩码总质量（g）0306090120150弹簧总长（cm）60071182093110401152（1）在右边坐标系中作出弹簧弹力大小F跟弹簧总长度L之间的函数关系的图线。（2）由图线求得该弹簧的劲度系数k= N/m。（保留两位有效数字） 5在探究加速度与力、质量的关系时，我们已经知道，物体的加速度a同时跟外力F和质量m两个因素有关，要研究这三个物理量之间的定量关系，一般采用“控制变量法”，实验的基本思路是 。6.(9分) 在探究加速度与力、质量的关系实验中，采用如图所示的实验装置，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拖动的纸带由打点计时器打上的点计算出。（1）当满足 关系时，才可以认为绳对小车的拉力大小等于盘中砝码的重力。（3分）（2）实验中平衡摩擦力的目的是： （3分）（3）在验证牛顿第二定律的实验中,下列做法错误的是（ ）（3分）A平衡摩擦力时,应将盘及盘中的砝码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平衡摩擦力时,应将装砂的小桶用细绳绕过滑轮.C实验时先放开小车,再接通打点计时器电源.D小车运动的加速度可用天平测出M及m后直接用公式a=mg/M求出.7.(13分)物理小组在一次探究活动中测量滑块与木板之间的动摩擦因数实验装置如图，一表面粗糙的木板固定在水平桌面上，一端装有定滑轮；木板上有一滑块，其一端与电磁打点计时器的纸带相连，另一端通过跨过定滑轮的细线与托盘连接打点计时器使用的交流电源的频率为50 Hz开始实验时，在托盘中放入适量砝码，滑块开始做匀加速运动，在纸带上打出一系列小点1.401.892.402.883.393.884.37单位 cm01234567上图给出的是实验中获取的一条纸带的一部分：0、1、2、3、4、5、6、7是计数点，每相邻两计数点间还有4个打点（图中未标出），计数点间的距离如图所示根据图中数据计算的加速度a （保留三位有效数字）(3分)回答下列两个问题：为测量动摩擦因数，下列物理量中还应测量的有 （填入所选物理量前的字母）(4分)A木板的长度L B木板的质量m1 C滑块的质量m2 D托盘和砝码的总质量m3 E滑块运动的时间t测量中所选定的物理量时需要的实验器材是 (2分)滑块与木板间的动摩擦因数 _（用被测物理量的字母表示，重力加速度为g）(4分)二、本题共4小题，共38分。解答应写出必要的文字说明、方程式和重要演算步骤，只写出最后答案的不能得分。有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位。1（6分）如图所示，一根轻绳上端固定在点，下端拴一个重为的钢球，球处于静止状态现对球施加一个方向向右的外力，使球缓慢偏移，在移动中的每一刻，都可以认为球处于平衡状态如果外力方向始终水平,最大值为,求：轻绳张力的大小取值范围.2(12分)倾角的斜面上有质量m=6.8kg的木块，木块与斜面之间的动摩擦因数，现用水平力F推动木块，如图所示，使木块恰好沿斜面向上做匀速运动，若斜面始终保持静止，求水平推力F的大小。（）3(12分)一辆总质量M=80l03蝇的载货汽车，在平直公路上从静止开始做匀加速直线运动，阻力产32103N，经过t=l0s前进了40m，(g取10ms2)求：(1)汽车运动的加速度的大小；(2)汽车所受到的牵引力的大小4质量为m=2kg的物体，静止放在水平面上，它们之间的动摩擦因数=05，现对物体施F=20N的作用力，方向与水平成=370（sin370=06）斜向上，如图所示，物体运动4s后撤去力F到物体再停止时，求整个过程物体通过的总路程是多少？（g=10 m/s2 ）5（12分）一个人用与水平方向成= 300斜向下的推力F推一质量为20 kg的箱子匀速前进，如图（a）所示，箱子与水平地面间的动摩擦因数为0.40求：（1）推力F的大小；（2）若力F的大小不变，方向变为与水平方向成300斜向上，箱子从静止开始运动2s后撤去拉力F，如图（b）所示，箱子最多还能运动多长距离？（取g=10 m/s2）6（12分）如图所示，两个质量均为m的小环套在一水平放置的粗糙长杆上，两根长度均为l的轻绳一端系在小环上，另一端系在质量为M的木块上，两个小环之间的距离也为l，小环保持静止试求：（1）小环对杆的压力；（2）小环与杆之间的动摩擦因数至少为多大？7（11分）如图所示，绷紧的传送带，始终以2m/s的速度匀速斜向上运行，传送带与水平方向间的夹角=30。现把质量为10kg的工件轻轻地放在传送带底端P，由传送带传送至顶端Q，已知PQ之间的距离为4m，工作与传送带间的动摩擦因数为，取g=10m/s2。（1）通过计算说明工件在传送带上做什么运动？（2）求工件从P点运动到Q点所用的时间。8(16分)如图所示为上、下两端相距L=5m、倾角a=30、始终以v=3ms的速率顺时针转动的传送带(传送带始终绷紧)将一物体放在传送带的上端由静止释放滑下，经过t=2s 到达下端重力加速度g取10ms2，求：(1)传送带与物体间的动摩擦因数多大?(2)如果将传送带逆时针转动，速率至少多大时，物体从传送带上端由静止释放能最快地到达下端?9.（17分）如图质量的小车停放在光滑水平面上，在小车右端施加一水平恒力F=8N。当小车向右运动速度达到3m/s时，在小车的右端轻放一质量m=2kg的小物块，物块与小车间的动摩擦因数，假定小车足够长，问：（1）物块相对小车运动时，两者加速度分别为多大？ (2) 经过多长时间物块停止与小车间的相对运动？（3）小物块从放在车上开始经过所通过的位移是多少？（g取）10（8分）某物体静止在水平面上，现用平行于水平面的力F拉该物体，得到加速度a和拉力F的关系图象如图所示。试求：（取g=10m/s2）（1）该物体的质量。（2）该物体与水平面之间的动摩擦因数。11（13分）如图甲所示，质量m=1kg的物块停放在光滑的水平面上，若对物块施加一个F=（92t）N的水平外力取向为正方向，请解答下列问题：（1）求物块的加速度。（2）求物块向右运动达到最大速度所用的时间。（3）在图乙中画出物块加速度随时间变化的图象。（4）速度的定义为“vt”图象下的“面积”在数值上等于位移x；加速度的定义为则“at”图象下面的“面积”在数值上等于什么？（5）由at图象，求物块向右运动的最大速度。12（11分）为了测量某住宅大楼每层的平均高度（层高）及电梯运行情况，甲、乙两位同学在一楼电梯内用电子体重计及秒表进行了以下实验：一质量为m=50kg的甲同学站在体重计上，乙同学记录电梯从地面一楼到顶层全过程中，体重计示数随时间变化的情况，并作出了如图所示的图像，已知t=0时，电梯静止不动，从电梯内楼层按钮上获知该大楼共19层求：（1）电梯启动和制动时的加速度大小50060040001232930t/s体重计示数/N（2）该大楼的层高13（16分）如图所示，质量M = 1kg的木板静止在粗糙的水平地面上，木板与地面间的动摩擦因数1=0.1，在木板的左端放置一个质量m=1kg、大小可以忽略的铁块，铁块与木板间的动摩擦因数2=0.4，取g=10m/s2，试求：（1）若木板长L=1m，在铁块上加一个水平向右的恒力F=8N，经过多长时间铁块运动到木板的右端？（2）若在木板（足够长）的右端施加一个大小从零开始连续增加的水平向左的力F，请在图中画出铁块受到的摩擦力f随拉力F大小变化的图像14（15分）如图所示，可看作质点的物体的质量，静止在光滑水平面上的木板的质量为，木板长，某时刻以的初速度滑上木板的上表面，为使不能从上滑落，则在滑上的同时，给施加一个水平向右的恒力，若与之间的动摩擦因数，g取l0ms2，试求拉力的最小值一、实验题1答案：0.5 0.325（每空2分）2答案：（1）F（1分）F（1分） （2）B（2分）3答案：（1）10（2分）（2）1000N/m（3分）（3）F=1000（L-0.10）N（3分）4答案：（1）略（2）27305答案：保持F不变，研究a与m的关系；保持m不变，研究a与F的关系（4分）6答案：（1）Mm；（2）让小车受到的合外力等于钩码的重力；（3）ACD（每格3分）7答案：0.4950.497 m/s2；（3分）CD（4分）；天平（2分）；（4分）二、本题共4小题，共38分。1（6分）解：在竖直位置时，张力最小（3分）当最大时，张力最大如图所示（3分） 所以的取值范围2解：分析木块受力情况如图所示，沿斜面向上方向为x轴，垂直斜面向上方向为y轴，把不在轴上的重力G和水平分力F分解到坐标轴上，由于木块处于平衡状态，则有 3分 3分 3分解得： 3分3（12分）解：（3分） =08ms2 （3分）由牛顿第二定律 一= （3分）得：=96103 N （3分）4答案：192m5解：（12分）（1）在图（a）情况下，对箱子有 由以上三式得F=120 N （2分）（2）在图（b）情况下，物体先以加速度a1做匀加速运动，然后以加速度a2做匀减速运动直到停止对物体有 解之得s2=2.88 m（2分）6（12分）解析：（1）整体法分析有：2FN=（M+2m）g 3分即FN=M g+mg 1分由牛顿第三定律得：小环对杆的压力FN=M g+mg 2分（2）研究M得 2FTcos300=Mg 2分临界状态，此时小环受到的静摩擦力达到最大值，则有2FTsin300=FN 2分解得：动摩擦因数至少为 = 2分7解：（1）由牛顿第二定律mgcosmgsin=ma 解得a=2.5m/s2 m=0.8m 可见工件先匀加速运动0.8m，然后匀速运动3.2m （2）由 得 t=t1+t2=2.4s 8（16分）解：（1）顺转时，由题意得 （2分） （1分）设滑动摩擦力,顺转受力情况：（2分）又 （2分）联立得： （2分）（2）逆转时： （2分）解得 （1分）由题意得 （2分）解得 （2分）9解：（1）物块放上小车后加速度： （2分）小车加速度： （2分）（2）设物块在小车上相对运动时间为t， 物块做初速度为零加速度为的匀加速直线运动，小车做加速度为匀加速运动。由得： （6分）（3）物块在前2s内做加速度为的匀加速运动，后1s同小车一起做加速度为的匀加速运动。以系统为研究对象，根据牛顿运动定律，由得： （3分）物块位移 （4分）10解：（8分）（1）由图像可知：物体所受摩擦力f=3N（2分）由牛顿第二定律F-f=ma；可得（3分）（2）N=mg=10N,(3wv )11解：（1）物块的加速度=（92t）m/s2 （2）当物块a=0时，向右运动的速度最大，所用时间s=4.5s （3）（4）at图象面积是速度的变化量 （5）由at图象可知物块向右运动的最大速度94.5m/s=20.25m/s 评分标准：本题共13分，其中各2分；式4分；（3）问图象3分。12（11分）解析：对于启动状态有： （2分）得 （1分）对于制动状态有： （2分） 得 （1分）（2）电梯匀速运动的速度 （1分）从图中读得，电梯匀速上升的时间t2=26s，电梯运动的总时间t=28s所以总位移 （2分）层高 （2分）13解：（16分）（1）研究木块mF-2mg=m