2022届高三物理精准提升专练5 与牛顿运动定律有关的实验

1、专练专练5 与牛顿运动定律有关的实验常考题型常考题型1.应用1.应用 考查实验原理 例1(2021全国甲卷22)为测量小铜块与瓷砖表面间的动摩擦因数，一同学将贴有标尺的瓷砖的一端放在水平桌面上，形成一倾角为的斜面（已知sin 0.34，cos 0.94），小铜块可在斜面上加速下滑，如图所示。该同学用手机拍摄小铜块的下滑过程，然后解析视频记录的图像，获得5个连续相等时间间隔（每个时间间隔T0.20 s）内小铜块沿斜面下滑的距离si（i1，2，3，4，5），如下表所示。由表中数据可得，小铜块沿斜面下滑的加速度大小为_m/s2，小铜块与瓷砖表面间的动摩擦因数为_。（结果均保留2位有效数字，重力加速度

2、大小取9.80m/s2）【答案】0.43 0.32【解析】根据逐差法有，对小铜块受力分析根据牛顿第二定律有mgsin mgcos ma，代入数据解得0.32。2.应用2.应用 以教材实验为背景的拓展创新 例2. (2021湖南卷13)某实验小组利用图（a）所示装置探究加速度与物体所受合外力的关系。主要实验步骤如下：(1)用游标卡尺测量垫块厚度h，示数如图（b）所示，h_cm；(2)接通气泵，将滑块轻放在气垫导轨上，调节导轨至水平；(3)在右支点下放一垫块，改变气垫导轨的倾斜角度；(4)在气垫导轨合适位置释放滑块，记录垫块个数n和滑块对应的加速度a；(5)在右支点下增加垫块个数（垫块完全相同），

3、重复步骤(4)，记录数据如下表：n123456a(m/s2)0.0870.1800.2600.0000.4250.519根据表中数据在图（c）上描点，绘制图线。如果表中缺少的第4组数据是正确的，其应该是_（保留三位有效数字）。【答案】 (1)1.02 (5)见解析图 0.342【解析】(1)垫块的厚度h1 cm20.1 mm1.02 cm。绘制图线如图；根据，可知a与n成正比关系，则根据图像可知，斜率，解得a0.342 m/s2。对点速练对点速练1如图甲所示，质量为m的滑块A放在气垫导轨上，B为位移传感器，它能将滑块A到传感器B的距离数据实时传送到计算机上，经计算机处理后在屏幕上显示滑块A的速

4、率时间(vt)图像。整个装置置于高度h可调节的斜面上，斜面长度为l。(1)现给滑块A沿气垫导轨向上的初速度，其vt图线如图乙所示从图线可得滑块A上滑时的加速度大小a_ m/s2(结果保留一位有效数字)。(2)若用此装置来验证牛顿第二定律，通过改变_，可验证力一定时，加速度与质量成反比的关系；通过改变_，可验证质量一定时，加速度与力成正比的关系(重力加速度g的值不变)。【答案】(1)3 (2)滑块的质量及斜面的高度，且使mh不变高度h【解析】(1)在vt图像中斜率大小代表加速度大小，故aeq f(v,t)eq f(1.50,0.5) m/s23 m/s2。(2)牛顿第二定律研究的是加速度与合外力

5、和质量的关系。由于滑块下滑的力是由重力沿斜面向下的分力提供，所以要保证向下的分力不变，应该使mgeq f(h,l)不变，所以应该改变滑块的质量及斜面的高度，且使mh不变。当质量一定时，通过改变力的大小可以探究加速度与合外力的关系，当斜面高度不同时，滑块受到的力不同，即可通过改变高度h，验证质量一定时，加速度与力成正比的关系。2(2020全国II卷22)一细绳跨过悬挂的定滑轮，两端分别系有小球A和B，如图所示。一实验小组用此装置测量小球B运动的加速度。令两小球静止，细绳拉紧，然后释放小球，测得小球B释放时的高度h00.590 m，下降一段距离后的高度h0.100 m；由h0下降至h所用的时间T0

6、.730 s。由此求得小球B加速度的大小为a_m/s2（保留3位有效数字）。从实验室提供的数据得知，小球A、B的质量分别为100.0 g和150.0 g，当地重力加速度大小为g9.80 m/s2。根据牛顿第二定律计算可得小球B加速度的大小为a_m/s2（保留3位有效数字）。可以看出，a与a有明显差异，除实验中的偶然误差外，写出一条可能产生这一结果的原因：_。【解析】由题意可知小球下降过程中做匀加速直线运动，故根据运动学公式有hh0eq f(1,2)aT2，代入数据解得a1.84 m/s2；根据牛顿第二定律可知对小球A有TmAgmAa，对小球B有mBgTmBa，带入已知数据解得a1.96 m/s

7、2；在实验中绳和滑轮之间有摩擦会造成实际计算值偏小。【答案】1.84 1.96 滑轮的轴不光滑，绳和滑轮之间有摩擦（或滑轮有质量）3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50 Hz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 。（用木板与水平面的夹角、重力加速度g和铁块下滑的加速度a表示）(2)某次实验时，调整木板与水平面的夹角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

8、)，重力加速度为9.8 m/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)【答案】(1)eq f(gsin a,gcos )(2)0.35【解析】(1)对铁块受力分析，由牛顿第二定律有mgsin mgcos ma，解得eq f(gsin a,gcos )。(2)两个相邻计数点之间的时间间隔T5eq f(1,50) s0.10 s，由逐差法和xaT2可得aeq f(x5x6x7x1x2x3,12T2)1.97 m/s2，代入eq f(gsin a,gcos )，解得0.35。4某探究小组利用如图甲所示的实验装置探究加速度与质量的关系。首先平衡小车所受的摩擦力，保持砂和砂桶的质

9、量一定。接通电源，释放小车。多次改变小车的质量，利用位移传感器测出对应的位移x并描绘xt图像。(1)图乙为小车质量M0.4 kg时位移传感器记录下描绘的xt图像。由图像可知，此时小车的加速度a_ m/s2。(2)该小组根据数据作出了加速度a的倒数和小车质量M的图像(eq f(1,a)M)如图丙，图丙中图线没有过原点，小组讨论后认为图线确实不应该过原点。请用所学知识分析，图丙中c_，利用题中信息求出实验中砂和砂桶的质量m_ kg。(结果均保留1位有效数字，当地重力加速度g10 m/s2)【答案】(1)2 (2)0.1 s2/m 0.1【解析】(1)释放后小车做初速度为零的匀加速直线运动，x(0.

10、740.10) m0.64 m，t(2.21.4) s0.8 s，由xeq f(1,2) at2，可得a2 m/s2。(2)a和M的关系反映小车与砂和砂桶的运动，即mgFma，FMa，FF，得eq f(1,a)eq f(1,g)eq f(1,mg)M，则ceq f(1,g)0.1 s2/m；由题图丙可求斜率eq f(1,mg)1 s2m1kg1，则m0.1 kg。5某探究学习小组欲探究物体的加速度与力、质量的关系，他们在实验室组装了一套如图所示的装置，图中小车的质量用M表示，钩码的质量用m表示。要顺利完成该实验，则：(1)为使小车所受合外力等于细线的拉力，应采取的措施是_；要使细线的拉力约等于

11、钩码的总重力，应满足的条件是_。(2)某次打出的某一条纸带，A、B、C、D、E、F为相邻的6个计数点，如图，相邻计数点间还有四个点未标出。利用图中给出的数据可求出小车的加速度a_ m/s2(保留2位小数)。(3)某位同学经过测量、计算得到如下数据，请在图中作出小车加速度与所受合外力的关系图像。 (4)由图像可以看出，该实验存在着较大的误差，产生误差的主要原因是_。【答案】(1)平衡摩擦力Mm(2)0.50(3)图像见解析(4)木板倾角偏小(或平衡摩擦力不够)【解析】(1)为使小车所受合外力等于细线的拉力，所以必须使小车的重力沿轨道的分力等于轨道对小车的摩擦力，所以做实验时必须平衡摩擦力。以钩码

12、作为研究对像有mgFTma，以小车作为研究对像有FTMa，联立以上两式可得FTeq f(mMg,mM)；要使绳子的拉力等于钩码的重力，即eq f(mMg,mM)mg，故eq f(M,mM)1，则有Mm。(2)根据xaT2，可得x5x14aT2，所以有aeq f(x5x1,4T2)eq f(（3.201.20）102,40.12) m/s20.50 m/s2。(3)图像如图所示。(4)由图像可知，当拉力约为0.05 N时，小车才有加速度，所以是平衡摩擦力不够，木板倾角过小。6为了探究质量一定时加速度与力的关系，一同学设计了如图所示的实验装置，其中M为带滑轮的小车的质量，m为砂和砂桶的质量。（滑轮

13、质量不计） (1)实验时，一定要进行的操作是_。A用天平测出砂和砂桶的质量B将带滑轮的长木板右端垫高，以平衡摩擦力C小车靠近打点计时器，先接通电源，再释放小车，打出一条纸带，同时记录弹簧测力计的示数D改变砂和砂桶的质量，打出几条纸带E为减小误差，实验中一定要保证砂和砂桶的质量m远小于小车的质量M(2)该同学在实验中得到如图所示的一条纸带（相邻两计数点间还有 两个点没有画出），已知打点计时器采用的是频率为50 Hz的交流电，根据纸带可求出小车的加速度为 m/s2。(结果保留两位有效数字) (3)以弹簧测力计的示数F为横坐标，加速度为纵坐标，画出的aF图像是一条直线，图线与横坐标的夹角为，求得图线

14、的斜率为k，则带滑轮的小车的质量为 。A2tan B Ck D【答案】(1)BCD (2)1.3 (3)D【解析】(1)本题拉力可以由弹簧测力计测出，不需要用天平测出砂和砂桶的质量，也就不需要使小桶(包括砂)的质量远小于车的总质量，故A错误，E错误；弹簧测力计测出拉力表示小车受到的合外力，故需要将带滑轮的长木板右端垫高，以平衡摩擦力，故B正确；打点计时器运用时，都是先接通电源，待打点稳定后再释放纸带，该实验探究加速度与力和质量的关系，要记录弹簧测力计的示数，故C正确；改变砂和砂桶质量，即改变拉力的大小，打出几条纸带，研究加速度随F变化关系，故D正确。(2)由于两计数点间还有二个点没有画出，故相

15、邻计数点的时间间隔为0.06 s，由xaT2可得：m/s21.3 m/s2。(3)对aF图，图像的斜率表示小车质量的倒数，此题，弹簧测力计的示数Feq f(1,2)F合，故小车的质量，故D正确。7图甲所示为某实验小组测量A、B两个箱子质量的装置图，其中D为铁架台，E为固定在铁架台上的轻质定滑轮(质量和摩擦可忽略)，F为光电门，C为固定在A上、宽度为d的细遮光条(质量不计)。此外该实验小组还准备了砝码一套(总质量m01 kg)和刻度尺等，请在以下实验步骤中按要求作答。(1)在铁架台上标记一位置O，并测得该位置与光电门之间的高度差h。(2)取出质量为m的砝码放在A中，剩余砝码都放在B中，让A从位置O由静止开始下降。(3)记录下遮光条通过光电门的时间t，根据所测数据计算出A下落到F处的速率v_；下落过程中的加速度大小a_。(4)改变m，重复(2)(3)步骤，得到多组m及a的数据，作出_ (