2019届高考物理总复习牛顿运动定律试验四验证牛顿运动定律测习题

1、实验四验证牛顿运动定律基础储备，明确原理学生用书 P54、实验目的1 .学会用控制变量法研究物理规律.2 .探究加速度与力、质量的关系.3 .掌握灵活运用图象处理数据的方法.、实验原理1.保持质量不变，探究加速度跟合外力的关系.2.保持合外力不变，探究加速度与质量的关系.，一一 1 一3.作出aF图象和a图象，确定其关系.m三、实验器材小车、祛码、小盘、细绳、一端附有定滑轮的长木板、薄木块、打点计时器、低压交流电源、导线、纸带、复写纸、天平、刻度尺.四、实验步骤1 .测量：用天平测量小盘和祛码的质量 m和小车的质量 m2 .安装： 按照如实验原理图所示装置把实验器材安装好， 只是不把悬挂小盘的

2、细绳系在小车上(即不给小车牵引力)3 .平衡摩擦力：在长木板的不带定滑轮的一端下面垫上一块薄木块，使小车能匀速下滑.4.操作(1)小盘通过细绳绕过定滑轮系于小车上，先接通电源后放开小车，取下纸带编号码.(2)保持小车的质量m不变，改变祛码和小盘的质量(3)在每条纸带上选取一段比较理想的部分，测加速度描点作图，作aF的图象.a.实验原理图象.热点实验*典例解读热点 1 1对实验原理与操作的考查学生用书 P54本实验利用盘及盘中重物通过细绳牵引小车做加速运动的方法研究加速度a与力F、质量M的关系.实验时采用控制变量法，共分两步研究：第一步，保持小车的质量不变，改变盘中重物的质量，测出相应的a,验证

3、a与F的关系；第二步，保持盘中重物的质量不变，改变小车上祛码的质量，测出小车运动的加速度a,验证a与M的关系.实验应测量的物理量有：(1)小车及车上祛码的总质量M用天平测出.(2)小车受到的拉力 F：拉力近似等于盘和重物的总重力mg盘和重物的总质量远小于小车和车上祛码的总质量).ai+&+as(3)小车的加速度a：通过打点计时器打出纸带，由 a=-一=3X6+X5+X4X3X2Xi肝计算出.9I【典题例析】例 fl 某实验小组利用图示的装置探究加速度与力、质量的关系.接电源纸带木块带滑轮的反木板打点型MX 细绳I 一缺码桶(1)下列做法正确的是(选填字母代号).A.调节滑轮的高度，使牵

4、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，将装有祛码的祛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.通过增减木块上的祛码改变质量时，不需要重新调节木板倾斜度(2)为使祛码桶及桶内祛码的总重力在数值上近似等于木块运动时受到的拉力，应满足的条件是祛码桶及桶内祛码的总质量木块和木块上祛码的总质量.(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，各取一套图示的装置放在水平桌面上，木块上均不放祛码，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.设甲、乙用的木块质量分别为m甲、m乙，甲

5、、乙用的木块与木板间的动摩擦因数分别为甲、科乙，由图可知，m甲m乙，甲乙.(选填大于”小(5)保持祛码和小盘的质量 m不变，改变小车质量1 一m重复步骤(1)和(3),作 a谭于”或“等于”)解析(1)实验中细绳要保持与长木板平行，A 项正确；平衡摩擦力时不能将装有祛码的祛码桶通过定滑轮拴在木块上，这样无法平衡摩擦力，B 项错误；实验时应先接通电源再放开木块，C 项错误；平衡摩擦力后，改变木块上的祛码的质量后不再需要重新平衡摩擦力，D 项正确.mg1 一一,F=Ma=m=mmcg可见，当祛码桶和桶1+M内祛码的总质量m远小于木块和木块上祛码的总质量M时，可得F=mg(3)不平衡摩擦力，则F-m

6、mg=ma3=m-gg,图象的斜率大的木块的质量小，纵轴截距绝对值大的动摩才因数大，因此m”m乙，甲科乙.答案(1)AD(2)远小于(3)小于大于过跟踪谒挑 1.(2018潍坊月考)在探究加速度与力、质量的关系活动中，某小组设计了如图甲所示的实验装置.图中上下两层水平轨道表面光滑，两小车前端系上细线，细线跨过滑轮并挂上祛码盘，两小车尾部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，然后同时停止.滑粕细城小车！.、控少车H篡|口祛码盘和袜码甲(1)在安装实验装置时，应调整滑轮的高度，使；在实验时，为减小系统误差，应使祛码盘和祛码的总质量小车的质量(选填“远大于”“远小于”或“等于)

7、.(2)本实验通过比较两小车的位移来比较小车加速度的大小，能这样比较，是因为(3)实验中获得的数据如下表所示:小车 I、n 的质量约为 200g.(2)由整体法和隔离法得到细绳中的拉力实验次数小车拉 JJF/N位移x/cm1I0.1n0.246.512I0.229.04n0.343.633i0.341.16n0.444.804i0.436.43n0.545.56在第 1 次实验中小车I从A点运动到B点的位移如图乙所示，请将测量结果填到表中空格处.通过分析，可知表中第次实验数据存在明显错误，应舍弃.BI|工 2 空 24乙解析：(1)拉小车的水平细线要与轨道平行.只有在祛码盘和祛码的总质量远小于

8、小车质量时，才能认为祛码盘和祛码的总重力等于细线拉小车的力.(2)对初速度为零的匀加速直线运动，时间相同时，根据运动学公式：x=-at2,得一=一.2a2X2(3)刻度尺的最小刻度是 1mm 要估读到毫米的下一位，读数为 23.86cm-0.50cm=23.36cm.答案：(1)细线与轨道平行(或水平)远小于(2)两小车从静止开始做匀加速直线运动，且两小车的运动时间相等(3)23.36(23.3423.38 均对)3热点2对数据处理和误差分析的考查学生用书 P551.数据处理 Ax(1)先在纸带上标明计数点，测量各计数点间的距离，根据公式2=下计算加速度.(2)需要先记录各组对应的加速度a与小

9、车所受牵引力F,然后建立直角坐标系，用纵坐标表示加速度a,用横坐标表示作用力F,描点画出aF图象，如果图线是一条过原点的直线，便证明加速度与作用力成正比.再记录各组对应的加速度a与小车和祛码的总质量M然后建立直角坐标系，用纵坐标表示加速度a,用横坐标表示总质量的倒数3描点画出a-卜象，如果图线是一条过原点的直线，就证明了加速度与质量成反比.2.误差分析(1)质量的测量、纸带上计数点间距离的测量、拉线或纸带不与木板平行等都会造成误差.(2)实验原理不完善引起误差.通过适当的调节，使小车所受的阻力被平衡，当小车做加速运动时，可以得到a=-mM+mMmg一，,一、g,T=mgMmm只有当M?m时，才

10、可近似认为小车所受的拉力T等于mg所以本头1 +T.M验存在系统误差.(3)平衡摩擦力不准造成误差.【典题例析】甲(2016 高考全国卷出)某物理课外小组利用图甲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Nl-n个钩码

11、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s-t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s-t图象如图乙所示； 由图乙求出此时小车的加速度(保留 2 位有效数字)，将结果填入下表.n12345a/(m-s2)0.200.580.781.00利用表中的数据在图丙中补齐数据点，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.(5)利用 a-n图象求得小车(空载)的质量为 kg(保留 2 位有效数子，重力加速度取 g=9.8ms2).(6)若以“

12、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. a-n图线仍是直线，但该直线的斜率变大解析(3)实验中小车做匀加速直线运动，由于小车初速度为零，结合匀变速直线运动规律有 s=；at2,结合图乙得加速度a=0.39m/s2.(5)由(4)知，当物体质量一定，加速度与合外力成正比，得加速度a与n成正比，即an 图象为过原点的直线.an图象的斜率 k=0.196m/s2,平衡摩擦力后，下端所挂钩码的总重力提供小车的加速度，nmg=(M+Nns)a,解得a=m0-n,则k=mg可得M=出NnM+Nrn0.4

13、5kg.(6)若未平衡摩擦力，则下端所挂钩码的总重力与小车所受摩擦力的合力提供小车的加速度，即nmg科M+(Nl-n)mg=(M+Nn)a,解得a=n科g,可见图线截距不为零，其图线仍是直线，图线斜率相对平衡摩擦力时有所变大，B、C 项正确.答案（3）0.39（0.370.41 均可）(4)a-n图线如图LOO0.800.20一rlaHEEz;FIL:i-lrl;l-rrlaHEEz;FIL:i-lrl;l-rl l一:匡一漏!:即第KSKS田E_*E_*田=H-H-nr-HB-nr-HB-一:a：040I口IF口山02IHIIEHH联汨“BEE阴E日需出相HHH田KGEnmm田0.40!II

14、EED3EIlEXIlIEniEQ3IIEIllE!XiaEEEUEmiEn（5）0.45（0.430.47 均可）（6）BC总【结(1)如果a与，是正比关系，则a独象是直线，而若a与M是反比关系，则aM图象1-是曲线，在研究两个量的关系时，直线更易确定两者之间的关系，故本实验作a-谭象.(2)在平衡摩擦力时，除了不挂盘和重物外，其他都应跟正式实验一样，匀速运动的标志是打点计时器打出的纸带上各点间的距离相等.(3)验证牛顿第二定律实验中，保持小车质量不变时，a-F图象应为一条过原点的直线，a-F图象不过原点可能是平衡小车摩擦力没有达到实验要求所致；保持合力不变时，a-M1图象应是双曲线，不易确

15、认，因此应作a谭象，该图象应为一条过原点的直线，图象不过原点一般是平衡小车摩擦力没有达到实验要求所致.把跟踪训摊 2.(2018宁夏石嘴山高三月考)在“探究加速度与质量的关系”的实验中(1)备有器材：A.长木板；B.电磁打点计时器、低压交流电源、纸带；C.细绳、小车、祛码；D.装有细砂的小桶；E.薄木板；F.毫米刻度尺.还缺少的一件器材是.(2)实验得到如图(a)所示的一条纸带，相邻两计数点的时间间隔为T;B、C间距S2和口E间距S4已量出，利用这两段间距计算小车加速度的表达式为.一一一一1八(3)同学甲根据实验数据回出如图(b)所小am线，从图线可得砂和砂桶的总质量为kg.(g取 10m/s

16、2)(4)同学乙根据实验数据画出了图(c),从图线可知乙同学操作过程中可能解析：（1）本题要测量小车的质量，则需要天平，所以还缺少的一件器材是天平.（2）根据逐差法得：S4S2=2aT2S4S2解得 a=2-.（3）根据牛顿第二定律可知，2=巳则F即为 a蒸象的斜率，所以砂和砂桶的总重力2.4.mg=F=rN=0.2N,12解得 m=0.02kg.（4）由图（c）可知，图线不通过坐标原点，当F为某一值时，加速度为零，可知未平衡摩擦力或平衡摩擦力不足.S4S2答案：（1）天平（2）a=-2T=（3）0.02（0.0180.022 均正确）（4）未平衡摩擦力或平衡摩擦力不足热点3 创新实验学生用书

17、 P56近几年高考对本实验的考查，一般运用牛顿运动定律进行某一探究实验、利用先进系统采集数据等，通过改变实验条件、实验仪器或巧用物理规律进行新的探究活动.命题趋势有如下几个方面：1 .实验器材的改进（1）为了减小摩擦，用气垫导轨替代长木板.（2）用频闪照相或光电计时器替代打点计时器.2 .数据处理方法的改进利用传感器，借助于计算机系统来处理数据，得到加速度，或直接得到加速度与外力、加速度与质量之间的关系.3 .运用牛顿运动定律进行新的探究实验以本实验为背景，结合牛顿第二定律，测量两接触面间的动摩擦因数、物体的质量等.【典题例析】例?（高考全国卷 I）某同学利用图甲所示实验装置及数字化信息系统获

18、得了小车加速度a与钩码的质量m的对应关系图，如图乙所示.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：位移传狼器（发射器）位移传感器（接收器）E&、车轨道甲O5010015020025ft 向月乙(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)由图乙可知，am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,

19、钩码的质量应满足的条件是.解析(1)根据题图乙坐标系中给出的数据连线，可知小车的加速度与钩码的质量成非线性关系.(2)根据题图乙中数据，小车受到钩码拉力的作用，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：平衡摩擦力；钩码的质量远小于小车(含发射器)的质量.答案(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(含发射器)的质量d瞅踪调炼3.(2018 湖北大冶第一中学高三月考)某同学利用如图装置探究加速度与合外力的关系.利用力传感器测量细线上的拉力.按照如下步骤操作：安装好打

20、点计时器和纸带，调整导轨的倾斜程度，平衡小车摩擦力；细线通过导轨一端光滑的定滑轮和动滑轮，与力传感器相连，动滑轮上挂上一定质量的钩码，将小车拉到靠近打点计时器的一端；打开力传感器并接通打点计时器的电源(频率为 50Hz 的交流电源)；释放小车，使小车在轨道上做匀加速直线运动；关闭传感器，记录下力传感器的示数F；通过分析纸带得到小车加速度a；改变钩码的质量，重复步骤；作出aF图象，得到实验结论.(1)某学校使用的是电磁式打点计时器， 在释放小车前， 老师拍下了几个同学实验装置的部分细节图，下列图中操作不正确的是.(2)本实验在操作中是否要满足钩码的质量远远小于小车的质量？(填写“需要”或“不需要

21、”)；某次释放小车后，力传感器示数为 F,通过天平测得小车的质量为 M 动滑轮和钩码的总质量为中不计滑轮的摩擦，则小车白加速度理论上应等于.A-FAa=2M_FB-a=MC.mg-2Fa=M2FD.a=M下图是某次实验测得的纸带的一段，可以判断纸带的(填“左”或“右”)端与小车连接，在打点计时器才 T 下计数点 6 时，钩码的瞬时速度大小为 m/s(保留两位有效数字).567S91|丽11帆用1呷料ii|i用qii怦驷11内即1用i叫|111|唧|1里料km2345&789Id1L12IS1415l617IE带与限位孔的摩擦力更大，误差更大，故 A、B 错误；在释放小车前，应使细线与长

22、木板平行，故 C 错误；电磁式打点计时器应使用 46V 交流电源，故 D 正确.(2)本实验利用力传感器测量细线上的拉力，不需要用钩码的重力代替，所以不需要满足钩码的质量远远小于小车的质量，根据牛顿第二定律得：a=m故B正确.(3)纸带右侧两点间的距离越来越大，故左端与小车相连，计数点 6 的瞬时速度为计数点 5 至 U 计数点7的平均速度，故 v=墨m/S=-75m/s.答案：(1)ABC(2)不需要 B(3)左.75随堂检测*巩固落实学生用书 P571.(215高考全国卷 H)某同学用图甲所示的实验装置测量物块与斜面之间的动摩擦因数.已知打点计时器所用电源的频率为 5Hz,物块下滑过程中所

23、得到的纸带的一部分如图乙所示，图中标出了五个连续点之间的距离.(2)已知重力加速度大小为 g,为求出动摩擦因数，还必须测量的物理量是填正确答案标号).解析：(1)物块沿斜面下滑做匀加速运动，根据纸带可得连续两段距离之差为一2一一一一一、.-2由 a=，得 a=.()2m/s2=3.25m/s：其中 C 点速度 v=p=一.:.I(0.02)tBD2X0.02m/s1.79m/s.(2)对物块进行受力分析如图，则物块所受合外力为F合=mgin0科mgcos。，即a=gsin0pgcos0,得我一匕心所以还需测量的物理量是斜面的倾角 0.gcose答案：(1)3.251.79(2)C2 .(201

24、8河北模拟)某同学用图甲所示的实验装置验证牛顿第二定律：(1)通过实验得到如图乙所示的aF图象，造成这一结果的原因是：在平衡摩擦力时木板与水平桌面的夹角(选填“偏大”或“偏小”).(1)物块下滑时的加速度 a=乙m/s：打C点时物块的速度 v=m/s.A.物块的质量B.斜面的高度 C.斜面的倾角0.13cm,EDCB乙(2)该同学在平衡摩擦力后进行实验，实际小车在运动过程中所受的拉力祛码和盘的总重力(填“大于”“小于”或“等于”)，为了便于探究、减小误差，应使小车质量M与祛码和盘的总质量m满足的条件.(3)该同学得到如图丙所示的纸带.已知打点计时器电源频率为 50Hz.A、B、CDE、F、G是

25、纸带上 7 个连续的点.AX=XDLXAD=cm.由此可算出小车的加速度 a=m/s2.(结果保留两位有效数字)丙解析：(1)根据所给的aF图象可知，当F=0 时，小车已经有了加速度a。，所以肯定是在平衡摩擦力时木板与水平桌面间的夹角偏大造成的.有当M?m寸，小车受到的拉力才近似等于mg从而减小误差.(3)由题图丙可读出XAD=2.10cm,XD3.90cm,所以AX=XDJXAD=1.80cm,根据Ax=aAt2,解得a=5.0m/s2.答案：(1)偏大(2)小于M?m(3)1.805.03.在探究加速度与物体所受合外力和质量间的关系时，采用如图所示的实验装置，小车及车中的祛码质量用M表示，

26、盘及盘中的祛码质量用m表示，小车的加速度可由小车后拖动的纸带上由打点计时器打出的点计算出：M 地带打点计时群m丸(1)当M与m的大小关系满足时，才可以认为细线对小车的拉力大小等于盘和盘中祛码的重力.(2) 一组同学在保持盘及盘中的祛码质量一定的情况下，探究加速度与小车质量的关系，以下做法正确的是.A.平衡摩擦力时，应将盘及盘中的祛码用细线绕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，再接通打点计时器电源D.小车运动的加速度可用天平测出m和M直接用公式a=mg求出(3)在保持小车及车中的祛码质量M一定，探究加速度与所受合外力的关系时，由于平衡摩擦力时操作不当， 两位同学得到的aF关系分别如图中甲、乙所示(a是小车的加速度,F 是细线作用于小车的拉力).(2)根据牛顿第二定律，对小车F=Ma对祛码和盘Mmgmg-F=ma解得F=Mj；-mmcgIIIIP.I.I.BI.I.Ir-Qcm124567其原因分别是：甲图：;乙图：.一一，一一，一，一mgM解析：对盘及盘中祛码：mg-F=ma对小车：F=Ma联立可得：a=F=MM