2023年高考物理大一輪復(fù)習(xí)第3章牛頓運(yùn)動(dòng)定律實(shí)驗(yàn)4驗(yàn)證牛頓第二定律課時(shí)規(guī)范訓(xùn)練

2023年高考物理大一輪復(fù)習(xí)第3章牛頓運(yùn)動(dòng)定律實(shí)驗(yàn)4驗(yàn)證牛頓第二定律課時(shí)規(guī)范訓(xùn)練PAGEPAGE1實(shí)驗(yàn)4驗(yàn)證牛頓第二定律高效演練跟蹤檢測(cè)1．關(guān)于驗(yàn)證牛頓運(yùn)動(dòng)定律的實(shí)驗(yàn)，以下說(shuō)法中符合實(shí)際的是()A．通過(guò)同時(shí)改變小車的質(zhì)量m及受到的拉力F的研究，能歸納出加速度、力、質(zhì)量三者之間的關(guān)系B．通過(guò)保持小車質(zhì)量不變，只改變小車的拉力的研究，就可以歸納出加速度、力、質(zhì)量三者之間的關(guān)系C．通過(guò)保持小車受力不變，只改變小車質(zhì)量的研究，就可以得出加速度、力、質(zhì)量三者之間的關(guān)系D．先保持小車質(zhì)量不變，研究加速度與力的關(guān)系，再保持力不變，研究加速度與質(zhì)量的關(guān)系，最后歸納出加速度、力、質(zhì)量三者之間的關(guān)系解析：選D.由于實(shí)驗(yàn)中有三個(gè)物理量同時(shí)變化，在研究過(guò)程中應(yīng)采用控制變量法，通過(guò)保持小車質(zhì)量不變，只改變小車的拉力的研究，可以歸納出加速度、力二者關(guān)系，再通過(guò)保持小車受力不變，只改變小車質(zhì)量的研究，可以得出加速度、質(zhì)量二者之間的關(guān)系，D正確．2．(1)在“探究加速度a與質(zhì)量m的關(guān)系〞時(shí)，某同學(xué)按照自己的方案將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)都在坐標(biāo)系中進(jìn)行了標(biāo)注，但尚未完成圖象(如下圖)．請(qǐng)幫助該同學(xué)作出坐標(biāo)系中的圖象．(2)在“探究加速度a與合力F的關(guān)系〞時(shí)，該同學(xué)根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作出了加速度a與合力F的圖線如下圖，該圖線不通過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)，試分析圖線不通過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)的原因．______________________________________.解析：(1)將坐標(biāo)系中各點(diǎn)連成一條直線，連線時(shí)應(yīng)使直線過(guò)盡可能多的點(diǎn)，不在直線上的點(diǎn)應(yīng)大致對(duì)稱分布在直線的兩側(cè)，離直線較遠(yuǎn)的點(diǎn)應(yīng)視為錯(cuò)誤數(shù)據(jù)，不予考慮，連線如下圖．(2)圖線與橫軸有截距，說(shuō)明實(shí)驗(yàn)前沒(méi)有平衡摩擦力或平衡摩擦力不夠．答案：(1)見(jiàn)解析圖(2)實(shí)驗(yàn)前沒(méi)有平衡摩擦力或平衡摩擦力不夠3．某實(shí)驗(yàn)小組利用以下圖所示的裝置探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系．(1)(多項(xiàng)選擇)以下做法正確的選項(xiàng)是()A．調(diào)節(jié)滑輪的高度，使?fàn)恳緣K的細(xì)繩與長(zhǎng)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(dòng)摩擦力時(shí)，將裝有砝碼的砝碼桶通過(guò)定滑輪拴在木塊上C．實(shí)驗(yàn)時(shí)，先放開(kāi)木塊再接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源D．通過(guò)增減木塊上的砝碼改變質(zhì)量時(shí)，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(yùn)動(dòng)時(shí)受到的拉力，應(yīng)滿足的條件是砝碼桶及桶內(nèi)砝碼的總質(zhì)量________木塊和木塊上砝碼的總質(zhì)量．(填“遠(yuǎn)大于〞、“遠(yuǎn)小于〞或“近似等于〞)(3)甲、乙兩同學(xué)在同一實(shí)驗(yàn)室，各取一套如下圖的裝置放在水平桌面上，木塊上均不放砝碼，在沒(méi)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(shè)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(dòng)摩擦因數(shù)分別為μ甲、μ乙，由圖可知，m甲________m乙，μ甲________μ乙．(填“大于〞、“小于〞或“等于〞)解析：(1)木塊下滑時(shí)，受到重力、細(xì)線的拉力、支持力和摩擦力作用，要使拉力等于合力，應(yīng)該使細(xì)繩與長(zhǎng)木板平行且使重力的下滑分量mgsinθ等于摩擦力μmgcosθ，即mgsinθ＝μmgcosθ(其中θ為木板的傾角)，故平衡摩擦力時(shí)，不能懸掛砝碼桶，A正確，B錯(cuò)誤；由平衡摩擦力的公式可知兩邊的質(zhì)量m可以消去，故改變木塊上的砝碼的質(zhì)量時(shí)，木塊及其上砝碼的總重力的下滑力仍能和總的摩擦力抵消，不需要重新調(diào)節(jié)木板傾斜度，D正確；通過(guò)紙帶求木塊加速度，要求打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上打出足夠多的點(diǎn)，這就要求將木塊放在靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的位置，并且先接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，待打點(diǎn)穩(wěn)定后再釋放小車，C錯(cuò)誤．(2)實(shí)驗(yàn)中平衡好摩擦力后，繩的拉力提供木塊所受的合力，即F＝ma；砝碼桶及桶內(nèi)砝碼與木塊運(yùn)動(dòng)的速度相等，由牛頓第二定律得m′g－F＝m′a，兩式聯(lián)立得F＝eq\f(mm′g,m＋m′)＝eq\f(m′g,1＋\f(m′,m))，即當(dāng)m′?m時(shí)，砝碼桶及桶內(nèi)砝碼的總重力近似等于木塊運(yùn)動(dòng)時(shí)受到的拉力，提供木塊所受的合力，故應(yīng)選填“遠(yuǎn)小于〞．(3)實(shí)驗(yàn)中如果沒(méi)有平衡摩擦，對(duì)木塊進(jìn)行受力分析，根據(jù)牛頓第二定律F－μmg＝ma，得a＝eq\f(1,m)F－μg，即a-F圖象中，斜率表示質(zhì)量的倒數(shù)eq\f(1,m)，a軸上的截距的絕對(duì)值表示μg，結(jié)合圖可得m甲＜m乙，μ甲＞μ乙．答案：(1)AD(2)遠(yuǎn)小于(3)小于大于4．如圖甲為“驗(yàn)證牛頓第二定律〞的實(shí)驗(yàn)裝置示意圖．砂和砂桶的總質(zhì)量為m，小車和砝碼的總質(zhì)量為M.實(shí)驗(yàn)中用砂和砂桶總重力的大小作為細(xì)線對(duì)小車?yán)Φ拇笮。?1)實(shí)驗(yàn)中，為了使細(xì)線對(duì)小車的拉力等于小車所受的合外力，先調(diào)節(jié)長(zhǎng)木板一端滑輪的高度，使細(xì)線與長(zhǎng)木板平行．接下來(lái)還需要進(jìn)行的一項(xiàng)操作是()A．將長(zhǎng)木板水平放置，讓小車連著已經(jīng)穿過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的紙帶，給打點(diǎn)計(jì)時(shí)器通電，調(diào)節(jié)m的大小，使小車在砂和砂桶的牽引下運(yùn)動(dòng)，從打出的紙帶判斷小車是否做勻速運(yùn)動(dòng)B．將長(zhǎng)木板的一端墊起適當(dāng)?shù)母叨?，讓小車連著已經(jīng)穿過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的紙帶，撤去砂和砂桶，給打點(diǎn)計(jì)時(shí)器通電，輕推小車，從打出的紙帶判斷小車是否做勻速運(yùn)動(dòng)C．將長(zhǎng)木板的一端墊起適當(dāng)?shù)母叨龋啡ゼ垘б约吧昂蜕巴?，輕推小車，觀察判斷小車是否做勻速運(yùn)動(dòng)(2)實(shí)驗(yàn)中要進(jìn)行質(zhì)量m和M的選取，以下最合理的一組是()A．M＝200g，m＝10g、15g、20g、25g、30g、40gB．M＝200g，m＝20g、40g、60g、80g、100g、120gC．M＝400g，m＝10g、15g、20g、25g、30g、40gD．M＝400g，m＝20g、40g、60g、80g、100g、120g(3)圖乙是實(shí)驗(yàn)中得到的一條紙帶，A、B、C、D、E、F、G為7個(gè)相鄰的計(jì)數(shù)點(diǎn)，相鄰的兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)之間還有4個(gè)點(diǎn)未畫出．量出相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)之間的距離分別為：sAB＝4.22cm、sBC＝4.65cm、sCD＝5.08cm、sDE＝5.49cm、sEF＝5.91cm、sFG＝6.34cm.打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的工作頻率為50Hz，那么小車的加速度a＝________m/s2.(結(jié)果保存2位有效數(shù)字)．解析：(1)平衡小車的摩擦力時(shí)，應(yīng)撤去砂和砂桶，安裝紙帶，給打點(diǎn)計(jì)時(shí)器通電，根據(jù)紙帶上打出點(diǎn)的分布來(lái)判斷小車是否勻速，故B正確．(2)為使細(xì)線的拉力近似等于砂和砂桶的總重力，應(yīng)滿足M?m，故C組最合理．(3)由a＝eq\f(sDE＋sEF＋sFG－sAB＋sBC＋sCD,9T2)，T＝0.1s，可解得：a≈0.42m/s2.答案：(1)B(2)C(3)0.425．“探究加速度與物體質(zhì)量、物體受力的關(guān)系〞的實(shí)驗(yàn)裝置如圖甲所示．(1)在平衡小車與桌面之間摩擦力的過(guò)程中，打出了一條紙帶，如圖乙所示．打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打點(diǎn)的時(shí)間間隔為0.02s．從比擬清晰的點(diǎn)起，每5個(gè)點(diǎn)取一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，量出相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)之間的距離．該小車的加速度a＝________m/s2(保存兩位有效數(shù)字)．(2)平衡摩擦力后，將5個(gè)相同的砝碼都放在小車上．掛上砝碼盤，然后每次從小車上取一個(gè)砝碼添加到砝碼盤中，測(cè)量小車的加速度．小車的加速度a與砝碼盤中砝碼總重力F的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下表：砝碼盤中砝碼總重力F/N0.1960.3920.5880.7840.980加速度a/(m·s－2)0.691.181.662.182.70請(qǐng)根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)在圖丙中作出a－F的關(guān)系圖象．(3)根據(jù)提供的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作出的a-F圖線不通過(guò)原點(diǎn)，請(qǐng)說(shuō)明主要原因________________________________________________.解析：(1)小車做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，那么有x3－x1＝2aT2相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔為T＝0.02×5s＝0.1s小車的加速度a＝eq\f(x3－x1,2T2)＝0.16m/s2.(2)如下圖(3)未計(jì)入砝碼盤的重力答案：(1)0.16(2)見(jiàn)解析圖(3)未計(jì)入砝碼盤的重力6．某物理課外小組利用圖(a)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(shí)驗(yàn)臺(tái)上的長(zhǎng)木板水平放置，其右端固定一輕滑輪；輕繩跨過(guò)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(shí)驗(yàn)中可用的鉤碼共有N＝5個(gè)，每個(gè)質(zhì)量均為0.010kg.實(shí)驗(yàn)步驟如下：(1)將5個(gè)鉤碼全部放入小車中，在長(zhǎng)木板左下方墊上適當(dāng)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n＝1,2,3,4,5)個(gè)鉤碼掛在輕繩右端，其余N－n個(gè)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(shí)用傳感器記錄小車在時(shí)刻t相對(duì)于其起始位置的位移s，繪制s－t圖象，經(jīng)數(shù)據(jù)處理后可得到相應(yīng)的加速度a.(3)對(duì)應(yīng)于不同的n的a值見(jiàn)下表．n＝2時(shí)的s－t圖象如圖(b)所示；由圖(b)求出此時(shí)小車的加速度(保存2位有效數(shù)字)，將結(jié)果填入下表.n12345a/(m·s－2)0.200.580.781.00(4)利用表中的數(shù)據(jù)在圖(c)中補(bǔ)齊數(shù)據(jù)點(diǎn)，并作出a－n圖象．從圖象可以看出：當(dāng)物體質(zhì)量一定時(shí)，物體的加速度與其所受的合外力成正比．(5)利用a-n圖象求得小車(空載)的質(zhì)量為_(kāi)_______kg(保存2位有效數(shù)字，重力加速度取g＝9.8m·s－2)．(6)假設(shè)以“保持木板水平〞來(lái)代替步驟(1)，以下說(shuō)法正確的選項(xiàng)是________(填入正確選項(xiàng)前的標(biāo)號(hào))A．a(chǎn)-n圖線不再是直線B．a(chǎn)-n圖線仍是直線，但該直線不過(guò)原點(diǎn)C．a(chǎn)-n圖線仍是直線，但該直線的斜率變大解析：(3)根據(jù)題圖(b)可知，當(dāng)t＝2.00s時(shí)，位移s＝0.78m，由s＝eq\f(1,2)at2，得加速度a＝eq\f(