2019屆高考物理 專題六 驗證牛頓運動定律精準培優(yōu)專練_1

1、2019屆高考物理 專題六 驗證牛頓運動定律精準培優(yōu)專練培優(yōu)點六驗證牛頓運動定律一、考點分析1.本考點命題多集中在打點計時器使用、平衡摩擦力、紙帶處理上，尤其是瞬時速度、加速度的計算及數(shù)據(jù)處理、實驗改進與創(chuàng)新等。2.常用思想方法：(1)控制變量法研究物理問題；(2)用列表法、圖象法處理實驗數(shù)據(jù)。二、考題再現(xiàn)典例1.(2016全國卷23)某物理課外小組利用圖中的裝置探究物體加速度與其所受合外力之間的關(guān)系。圖中，置于實驗臺上的長木板水平放置，其右端固定一輕滑輪；輕繩跨過滑輪，一端與放在木板上的小滑車相連，另一端可懸掛鉤碼。本實驗中可用的鉤碼共有N5個，每個質(zhì)量均為0.010kg。實驗步驟如下：(1

2、)將5個鉤碼全部放入小車中，在長木板左下方墊上適當厚度的小物塊，使小車(和鉤碼)可以在木板上勻速下滑。(2)將n(依次取n1，2，3，4，5)個鉤碼掛在輕繩右端，其余Nn個鉤碼仍留在小車內(nèi)；用手按住小車并使輕繩與木板平行。釋放小車，同時用傳感器記錄小車在時刻t相對于其起始位置的位移s，繪制st圖象，經(jīng)數(shù)據(jù)處理后可得到相應的加速度a。(3)對應于不同的n的a值見下表。n2時的st圖象如圖所示；由圖求出此時小車的加速度(保留2位有效數(shù)字)，將結(jié)果填入下表。n12345a/(ms2)0.200.580.781.00(4)利用表中的數(shù)據(jù)在圖中補齊數(shù)據(jù)點，并作出an圖象。從圖象可以看出：當物體質(zhì)量一定時

3、，物體的加速度與其所受的合外力成正比。(5)利用an圖象求得小車(空載)的質(zhì)量為_kg。(保留2位有效數(shù)字，重力加速度取g9.8ms2)(6)若以“保持木板水平”來代替步驟(1)，下列說法正確的是_。(填入正確選項前的標號)A.an圖線不再是直線B.an圖線仍是直線，但該直線不過原點C.an圖線仍是直線，但該直線的斜率變大【解析】(3)因為小車做初速度為零的勻加速直線運動，將圖中點(2，0.78)代入sat2可得，a0.39m/s2。(4)根據(jù)描點法可得如圖所示圖線。(5)根據(jù)牛頓第二定律可得nmg(M5m)a，則an，圖線斜率k，可得M0.44kg。(6)若保持木板水平，則小車運動中受到摩擦

4、力的作用，由牛頓第二定律得nmg(M5mnm)g(M5m)a，解得ag，直線的斜率變大，圖象不過原點，選項B、C正確。【答案】(3)0.39(4)見解析圖(5)0.44(6)BC三、對點速練1某實驗小組利用圖示的裝置探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系。(1)下列做法正確的是_(填字母代號)。A調(diào)節(jié)滑輪的高度，使牽引木塊的細繩與長木板保持平行B在調(diào)節(jié)木板傾斜度平衡木塊受到的滑動摩擦力時，將裝有砝碼的砝碼桶通過定滑輪拴在木塊上C實驗時，先放開木塊再接通打點計時器的電源D通過增減木塊上的砝碼改變質(zhì)量時，不需要重新調(diào)節(jié)木板傾斜度(2)為使砝碼桶及桶內(nèi)砝碼的總重力在數(shù)值上近似等于木塊運動時受到的拉力，應滿足的條

5、件是砝碼桶及桶內(nèi)砝碼的總質(zhì)量_(填“遠大于”“遠小于”或“近似等于”)木塊和木塊上砝碼的總質(zhì)量。(3)甲、乙兩同學在同一實驗室，各取一套圖示的裝置放在水平桌面上，木塊上均不放砝碼，在沒有平衡摩擦力的情況下，研究加速度a與拉力F的關(guān)系，分別得到圖中甲、乙兩條直線。設甲、乙用的木塊質(zhì)量分別為m甲、m乙，甲、乙用的木塊與木板間的動摩擦因數(shù)分別為甲、乙，由圖可知，m甲_m乙，甲_乙。(填“大于”“小于”或“等于”)【答案】(1)AD(2)遠小于(3)小于大于【解析】(1)實驗中細繩要保持與長木板平行，A項正確；平衡摩擦力時不能將裝有砝碼的砝碼桶通過細繩繞過滑輪拴在木塊上，B項錯誤；實驗時應先接通電源再

6、放開木塊，C項錯誤；平衡摩擦力后，改變木塊上的砝碼的質(zhì)量后不再需要重新平衡摩擦力，D項正確。(2)由整體法和隔離法得到繩的拉力FMaMmg，可見，當砝碼桶和桶內(nèi)砝碼的總質(zhì)量m遠小于木塊和木塊上砝碼的總質(zhì)量M時，可得Fmg。(3)不平衡摩擦力，則Fmgma，ag，圖象的斜率大的木塊的質(zhì)量小，縱軸截距的絕對值大的動摩擦因數(shù)大，因此m甲<m乙，甲>乙。2如圖甲所示，質(zhì)量為m的滑塊A放在氣墊導軌B上，C為位移傳感器，它能將滑塊A到傳感器C的距離數(shù)據(jù)實時傳送到計算機上，經(jīng)計算機處理后在屏幕上顯示滑塊A的速率時間(vt)圖象。整個裝置置于高度可調(diào)節(jié)的斜面上，斜面的長度為L、高度為h。(取重力加

7、速度g9.8m/s2，結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)(1)現(xiàn)給滑塊A一沿氣墊導軌向上的初速度，A的vt圖線如圖乙所示。從圖線可得滑塊A下滑時的加速度a_m/s2，摩擦力對滑塊A運動的影響_。(填“明顯，不可忽略”或“不明顯，可忽略”)(2)此裝置還可用來驗證牛頓第二定律。實驗時通過改變_可驗證質(zhì)量一定時，加速度與力成正比的關(guān)系；通過_可驗證力一定時，加速度與質(zhì)量成反比的關(guān)系?！敬鸢浮?1)6.0不明顯，可忽略(2)高度h改變滑塊質(zhì)量m、斜面的高度h，但需要保證mh乘積不變【解析】(1)速度圖象中，圖線的斜率表示質(zhì)點的加速度，即上滑時加速度大小為a1m/s26.0m/s2，下滑時加速度大小為a2m/s2

8、6.0m/s2，方向均沿斜面向下；由牛頓第二定律可知，滑塊加速度不變，則所受合外力不變，故滑塊所受滑動摩擦力可忽略不計；(2)驗證牛頓第二定律時，需要控制變量：即滑塊質(zhì)量一定時，改變外力，即滑塊沿斜面方向的分力Gxmgsinmg，導軌長度不變，故只能通過改變斜面高度h來完成；在驗證力一定時，即需要mg一定，改變質(zhì)量m時需要保持mh乘積不變，來驗證加速度與質(zhì)量成反比的關(guān)系。3為了“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”，現(xiàn)提供如圖甲所示的實驗裝置：(1)以下實驗操作正確的是_。A將木板不帶滑輪的一端適當墊高，使小車在砝碼及砝碼盤的牽引下恰好做勻速運動B調(diào)節(jié)滑輪的高度，使細線與木板平行C先接通電源后釋放小車

9、D實驗中小車的加速度越大越好(2)在實驗中，得到一條如圖乙所示的紙帶，已知相鄰計數(shù)點間的時間間隔為T0.1s，且間距x1、x2、x3、x4、x5、x6已量出分別為3.09cm、3.43cm、3.77cm、4.10cm、4.44cm、4.77cm，則小車的加速度a_m/s2(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)。(3)有一組同學保持小車及車中的砝碼質(zhì)量一定，探究加速度a與所受外力F的關(guān)系，他們在軌道水平及傾斜兩種情況下分別做了實驗，得到了兩條aF圖線，如圖丙所示，圖線_是在軌道傾斜情況下得到的(填“”或“”)；小車及車中砝碼的總質(zhì)量m_kg?！敬鸢浮?1)BC(2)0.34(3)0.5【解析】(1)平衡摩擦力

10、就是讓小車在無拉力的作用下做勻速直線運動，讓小車重力沿斜面的分力等于小車受到的摩擦力。所以平衡時應為：將不帶滑輪的木板一端適當墊高，在不連砝碼及砝碼盤的情況下使小車恰好做勻速運動，故A錯誤；為了使繩子拉力代替小車受到的合力，需要調(diào)節(jié)滑輪的高度，使細線與木板平行，故B正確；使用打點計時器時，先接通電源后釋放小車，故C正確；實驗中小車的加速度不是越大越好，加速度太大，紙帶打的點太少，不利于計算，故D錯誤。(2)由勻變速直線運動的規(guī)律得：x4x13aT2，x5x23aT2，x6x33aT2，聯(lián)立得：(x4x5x6)(x1x2x3)9aT2，帶入數(shù)據(jù)解得：a0.34m/s2。(3)由題圖丙可知，當F0

11、時，a0。也就是說當繩子上沒有拉力時小車就有加速度，該同學實驗操作中平衡摩擦力過大，即傾角過大，平衡摩擦力時木板的右端墊得過高。所以圖線是在軌道右側(cè)抬高成為斜面情況下得到的。根據(jù)Fma得aF圖象的斜率k，由題圖aF圖象得圖象斜率k2，所以m0.5kg。4如圖甲所示，一端帶有定滑輪的長木板放置在水平桌面上，靠近長木板的左端固定有一光電門，右端放置一帶有擋光片的小車，小車和擋光片的總質(zhì)量為M，細線繞過定滑輪，一端與小車相連，另一端掛有6個鉤碼，已知每個鉤碼的質(zhì)量為m，且M4m。(1)用游標卡尺測出小車上的擋光片的寬度，讀數(shù)如圖乙所示，則擋光片寬度d_cm。(2)實驗時為了消除摩擦力的影響，可以把木

12、板右端適當墊高，調(diào)節(jié)木板的傾斜度，直到使小車在_(填“受”或“不受”)細線的拉力時能沿木板做_直線運動。(3)將小車從木板右端由靜止釋放，小車上的擋光片通過光電門的時間為t1，則小車通過光電門的速度為_(用題給字母表示)。(4)開始實驗時，細線另一端掛有6個鉤碼，由靜止釋放小車后細線上的拉力為F1，接著每次實驗時將1個鉤碼移放到小車上，當細線掛有3個鉤碼時細線上的拉力為F2，則F1_2F2(填“大于”“等于”或“小于”)。(5)若每次移動鉤碼后都從同一位置釋放小車，設擋光片(寬度為d，且dL)與光電門的距離為L，細線所掛鉤碼的個數(shù)為n，測出每次擋光片通過光電門的時間為t，測出多組數(shù)據(jù)，并繪出n

13、圖象如圖所示，已知圖線斜率為k，則當?shù)刂亓铀俣葹開(用題給字母表示)?！敬鸢浮?1)0.520(2)不受勻速(3)(4)小于(5)【解析】(1)游標卡尺的主尺讀數(shù)為5mm，游標尺讀數(shù)為0.054mm0.20mm，則最終讀數(shù)為5.20mm0.520cm。(2)當小車不受細線的拉力時，重力沿木板向下的分力若與摩擦力平衡，小車做勻速直線運動。(3)極短時間內(nèi)的平均速度等于瞬時速度的大小，則小車通過光電門的速度為。(4)當細線掛有6個鉤碼時，對小車和鉤碼整體分析，a10.6g，對小車分析，根據(jù)牛頓第二定律得F1Ma14m0.6g2.4mg，當細線掛有3個鉤碼時，對整體分析，a20.3g，對小車分析，

14、根據(jù)牛頓第二定律得F27ma22.1mg，可知F12F2。(5)小車通過光電門的速度v，根據(jù)v22aL，得2aL，因為a，代入解得n，圖線的斜率k，解得g。5某實驗小組在“探究加速度與物體受力的關(guān)系”實驗中，設計出如下的實驗方案，其實驗裝置如圖所示。已知小車質(zhì)量M214.6g，砝碼盤質(zhì)量m08.0g，打點計時器所使用的交流電頻率f50Hz。其實驗步驟是：A按圖中所示安裝好實驗裝置；B調(diào)節(jié)長木板的傾角，輕推小車后，使小車能沿長木板向下做勻速運動；C取下細繩和砝碼盤，記下砝碼盤中砝碼的質(zhì)量m；D將小車置于打點計時器旁，先接通電源，再放開小車，打出一條紙帶，由紙帶求得小車的加速度a；E重新掛上細繩和

15、砝碼盤，改變砝碼盤中砝碼的質(zhì)量，重復BD步驟，求得小車在不同合外力F作用下的加速度。回答下列問題：(1)按上述方案做實驗，是否要求砝碼和砝碼盤的總質(zhì)量遠小于小車的質(zhì)量？_(填“是”或“否”)。(2)實驗中打出的其中一條紙帶如圖所示，由該紙帶可求得小車的加速度a_m/s2。(3)某同學將有關(guān)測量數(shù)據(jù)填入他所設計的表格中，如下表：次數(shù)12345砝碼盤中砝碼的重力F/N0.100.200.290.390.49小車的加速度a/(ms2)0.881.441.842.382.89他根據(jù)表中的數(shù)據(jù)畫出aF圖象(如圖)。造成圖線不過坐標原點的最主要原因是_，從該圖線延長線與橫軸的交點可求出的物理量是_，其大小為_?！敬鸢浮?1)否(2)0.88(3)在計算小