2022届高考物理二轮复习 物理实验专项练习（2）研究匀变速直线运动 探究牛顿第二定律

这是一份2022届高考物理二轮复习 物理实验专项练习（2）研究匀变速直线运动 探究牛顿第二定律，共14页。试卷主要包含了实验题等内容，欢迎下载使用。
（2）研究匀变速直线运动 探究牛顿第二定律
一、实验题1.某同学利用“研究匀变速直线运动”的实验装置来测量一个质量为的重锤下落时的加速度，该同学将重锤固定在纸带下端，让纸带穿过打点计时器，实验装置如图甲所示。
 （1）以下是该同学正确的实验操作和计算过程，请填写其中的空白部分。
①实验操作：__________，释放纸带，让重锤自由落下，_________。
②取下纸带，取其中的一段标出计数点，如图乙所示，测出相邻两计数点间的距离分别为，。已知打点计时器的打点间隔，则重锤运动的加速度的表达式为_________，代入数据，可得加速度______（计算结果保留3位有效数字）。
（2）该同学从实验结果发现，重锤下落时的加速度比实际的重力加速度小，为了有效地减小这个实验测得的加速度与实际的重力加速度之差，请你提出一个有效的改进方法：____________。2.某同学利用图甲所示的实验装置，探究物块在水平桌面上的运动规律，物块在重物的牵引下开始运动，重物落地后，物块再运动一段距离停在桌面上（尚未到达滑轮处）.从纸带上便于测量的点开始，每5个点取1个计数点，相邻计数点间的距离如图乙所示.打点计时器电源的频率为50 Hz.（1）通过分析纸带数据，可判断物块在相邻计数点________和________之间某时刻开始减速.（2）打计数点5时，物块对应的速度大小为________m/s，计数点6对应的速度大小为______m/s（结果保留三位有效数字）.（3）物块减速运动过程中加速度的大小为________（结果保留三位有效数字）.3.某同学利用如图所示装置研究小车的匀变速直线运动。
 （1）实验中，必需的措施是______。
A.细线必须与长木板平行 B.先接通电源再释放小车C.小车的质量远大于钩码的质量 D.平衡小车与长木板间的摩擦力（2）该同学实验时将打点计时器接到频率为50 Hz的交流电源上，得到一条纸带，打出的部分计数点如图所示（每相邻两个计数点间还有4个点，图中未画出）。，，，，，。则小车的加速度______（要求充分利用测量的数据），打点计时器在打B点时小车的速度______m/s（结果均保留2位有效数字）
 4.某同学要探究小车在重物牵引下速度随时间变化的规律，实验装置如图甲所示。在打出的纸带中选出如图乙所示的一条纸带（每相邻两个计数点间还有4个点没有画出），纸带上相邻两个计数点间的距离分别为：。打点计时器的电源频率为50 Hz。
 （1）关于该实验，下列说法正确的是____________。
A.纸带上相邻两个计数点之间的时间间隔为0.02 sB.实验时应将小车靠近打点计时器，先接通打点计时器电源，再释放小车C.实验前需要先平衡摩擦力，同时要满足重物的质量远小于小车的质量D.通过分析纸带可以得出，小车做的是匀加速直线运动
（2）依据纸带上的测量数据，可计算出各个点的速度，其中C点的速度为_________m/s。
（3）依据纸带上的测量数据，可求出小车运动的加速度为_____（计算结果保留三位有效数字）。5.利用如图所示的装置可测量滑块在斜面上运动的加速度。一斜面上安装有两个光电门，其中光电门乙固定在斜面上靠近底端处，光电门甲的位置可移动。当一带有遮光片的滑块自斜面上滑下时，与两个光电门都相连的计时器可以显示出遮光片从光电门甲至乙所用的时间t。改变光电门甲的位置进行多次测量，每次都使滑块从同一点由静止开始下滑，并用米尺测量甲、乙之间的距离x，记下相应的t值，所得数据如下表所示。0.5000.6000.7000.8000.9000.950292.9371.5452.3552.8673.8776.41.711.621.551.451.341.22 完成下列填空和作图：
（1）若滑块所受摩擦力为一常量，滑块加速度的大小a、滑块经过光电门乙时的瞬时速度、测量值x和t四个物理量之间所满足的关系式是_______。
（2）根据表中给出的数据，在下图给出的坐标纸上画出图线。
 （3）由所画出的图线，得出滑块加速度的大小______（结果保留2位有效数字）。6.某实验小组利用如图所示的装置探究加速度与力、质量的关系，将连接滑块的细绳、力传感器和动滑轮之间的细绳、定滑轮和动滑轮之间的细绳均调为水平，通过调节气垫导轨下的螺母使气垫导轨水平，打开气源，将滑块由静止释放，用刻度尺测量出两光电门之间的距离和滑块的宽度，并记录滑块经过两光电门的时间。
 根据以上操作回答下列问题：
（1）本实验中钩码的质量________（选填“需要”或“不需要”）远小于滑块的质量。（2）在探究加速度与外力的关系时，力传感器的示数记为F，通过运动学公式计算出滑块的加速度a，改变钩码的质量，依次记录力传感器的示数并求出滑块所对应的加速度的大小，则下面四个图像中能正确反映加速度a与力传感器的示数F之间的规律的是________。A. B. C. D.7.图1是探究加速度与力关系的实验装置。提供器材如下：带有刻度尺的气垫导轨、气泵、光电门2个、数字计时器、带挡光片的滑块（其上可放砝码），砝码盘（质量5 g）、质量5 g的砝码5个。实验步骤：固定光电门，测出两光电门间的距离；调节导轨水平，将滑块用细线跨过轻质滑轮与砝码盘相连；将5个砝码放到滑块上，释放滑块，测出其经过光电门1和2的挡光时间；取滑块上一个砝码放入砝码盘，释放滑块，测出挡光时间；再次取滑块上一个砝码，依次重复上述操作，直至5个砝码全部转移到砝码盘。描点作图分析加速度与力的关系。（1）图2、图3分别为甲、乙同学用各自实验数据绘制的图象。上述图象中只有_____（填“图2”或“图3”）能正确反映加速度和力的关系。错误图象形成的原因可能是_______。A.滑块释放时具有一定的初速度B.绘制图象时，将砝码盘中的砝码重量作为合力FC.滑块上固定的挡光片发生倾斜（2）依据上述正确图象计算出滑块的质量为_________g。（结果保留三位有效数字）8.为了探究质量一定时加速度与力的关系，一位同学设计了如图所示的实验装置.其中为带滑轮的小车的质量，为砂和砂桶的质量，滑轮光滑且质量不计.将质量为的力传感器固定在墙上，质量为的加速度传感器固定在长木板上，实验时它们的信息随时能送达计算机记录处理.
 （1）实验时，一定要进行的操作或保证的条件是______.
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.改变砂和砂桶的质量，多做几次实验D.为减小误差，实验中一定要保证砂和砂桶的质量远小于小车的质量E.为减小误差，实验中一定要保证两个传感器的质量很小
（2）以力传感器示数F为横坐标，以加速度传感器示数a为纵坐标，计算机画出的图像是一条直线，由图像得到的斜率为k，已知当地重力加速度为g，则小车的质量为______，这个图像的纵坐标的极限_________.
 9.如图所示是某同学探究加速度与力的关系的实验装置.他在气垫导轨上安装了一个光电门B，滑块上固定一遮光条，遮光条的宽度为d，滑块与遮光条的总质量为M，滑块用细线绕过气垫导轨左端的定滑轮与力传感器相连，传感器下方悬挂钩码，钩码的质量为m，每次滑块都从A处由静止释放.
 （1）实验时，接通气源，将滑块从A位置由静止释放，由数字计时器读出遮光条通过光电门B的时间t，已知A位置到光电门的距离为L，用表示滑块运动的加速度_________.
（2）下列不必要的一项实验要求是______.
A.应使滑块与遮光条的总质量远大于钩码和力传感器的总质量B.应使A位置与光电门间的距离适当大些C.应将气垫导轨调节水平D.应使细线与气垫导轨平行
（3）改变钩码的质量，记录对应的力传感器的示数F和遮光条通过光电门的时间t，通过描点作出线性图像，研究滑块的加速度与力的关系，处理数据时应作出________（填“”“”或“”）图像，则图线的斜率为________（用表示）.
（4）该同学想测得在断开气源的情况下，滑块与导轨之间的动摩擦因数，他调整气垫导轨水平，断开气源时，测得滑块在轨道上运动的加速度为，此时钩码的质量为，不改变钩码的质量，接通气源，测得滑块在轨道上运动的加速度为，用表示滑块与导轨间的动摩擦因数________.10.一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，下降一段距离后的高度；由下降至h所用的时间。由此求得小球B加速度的大小为_______（保留3位有效数字）。
从实验室提供的数据得知，小球的质量分别为100.0 g和150.0 g，当地重力加速度大小为。根据牛顿第二定律计算可得小球B加速度的大小为________（保留3位有效数字）。
可以看出，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：____________。
 11.某实验小组利用如图1所示的装置探究加速度与力、质量的关系。
 （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，将装有砝码的砝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.通过增减木块上的砝码改变质量时，不需要重新调节木板倾斜度（2）为使砝码桶及桶内砝码的总重力在数值上近似等于木块运动时受到的拉力，应满足的条件是砝码桶及桶内砝码的总质量__________（选填“远大于”“远小于”或“近似等于”）木块和木块上砝码的总质量。
（3）甲、乙两同学在同一实验室，各取一套图1所示的装置放在水平桌面上，木块上均不放砝码，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2中甲、乙两条直线。设甲、乙用的木块质量分别为，甲、乙用的木块与木板间的动摩擦因数分别为，由图可知，________，_______。（均选填“大于”“小于”或“等于”）
 12.探究加速度与力、质量的关系，可以采用不同的研究方案。
（1）甲同学采用的方案如图1所示，将两个相同的小车放在水平木板上，前端各系一条细绳，绳的另一端跨过定滑轮各挂一个小盘，盘中可以放不同的砝码，盘与砝码的总重力可以近似认为是小车受到的拉力。两小车后端各系一条细线，用黑板擦可以同时按住或放开这两条细线，使两车同时停止或运动。某次操作中，在相同时间内测得两小车的位移分别为，若小车的加速度分别为，则__________，这么做的依据是__________。
 （2）乙同学用如图2所示的器材进行定量探究。用拉力传感器（能测量拉力的仪器）和速度传感器（能测量瞬时速度的仪器）探究加速度与物体受力的关系。用拉力传感器记录小车受到拉力的大小，在长木板上相距的两点各安装一个速度传感器，分别测量小车到达时的速率。
 ①乙同学认为，运动时小车受到的拉力________悬挂物的总重力（选填“大于”或“小于”），所以乙同学采用力传感器进行实验。
②实验主要步骤如下：
I.将拉力传感器固定在小车上；
Ⅱ.垫高木板右端，让小车在不受拉力时做__________运动；
Ⅲ.把细线的一端固定在拉力传感器上，另一端通过定滑轮与钩码相连；为保证细线的拉力不变，必须调节滑轮的高度使___________；
Ⅳ.接通电源后自C点释放小车，小车在细线拉动下运动，记录细线拉力F的大小及小车分别到达时的速率；
V.改变所挂钩码的数量，重复步骤Ⅳ的操作。
③下表中记录了实验测得的几组数据，是两个速度传感器记录速度的平方差，则加速度的表达式_______（用已知符号表示），请将表中第4次的实验数据填写完整（结果保留三位有效数字）。次数10.600.770.8021.041.611.6831.422.342.4442.624.65_______53.005.495.72④由表中数据，在坐标纸上作出关系图线。

⑤对比实验结果与理论计算得到的关系图线（图中已画出理论图线），造成上述偏差的原因除了拉力传感器读数可能偏大外，还可能是____________。  参考答案1.答案：（1）①接通打点计时器的电源；实验结束立即关闭电源
②；9.60
（2）将重锤换成较大质量的重锤解析：（1）①实验时，应先接通打点计时器的电源，再释放纸带，实验结束，应立即关闭电源。
②由逐差法求解重锤下落的加速度。
（2）重锤下落时的加速度比实际的重力加速度小，是因为重锤下落时所受空气阻力过大或者纸带与打点计时器限位孔之间的摩擦阻力过大。为了有效地减小这个实验测得的加速度与实际的重力加速度之差，可以将重锤换成较大质量的重锤。2.答案：（1）6;7（2）1.00；2.00（3）2.00解析：（1）从纸带上的数据分析得知，在计数点6之前，连续相同时间内的位移差均约为2 cm，物块在做匀加速运动，但在计数点7之后，连续相同时间内的位移之差均约为，物块在做匀减速运动，所以物块在相邻计数点6和7之间某时刻开始减速.（2）根据匀变速直线运动规律的推论可知，计数点5的瞬时速度等于计数点4到6之间的平均速度，根据运动学公式可得.物块做加速运动时加速度大小（3）根据（1）可知，计数点7之后物块做匀减速运动，根据逐差法得，所以物块减速运动过程中加速度的大小为.3.答案：（1）AB（2）0.80；0.40解析：（1）利用打点计时器研究小车的匀变速直线运动时，为顺利完成实验，保证实验效果，细线与长木板要平行，否则小车受力会发生变化，A项正确；为打的点尽量多些，需先接通电源，再释放小车，B项正确；本题中只要保证小车做匀变速直线运动即可，无须保证小车质量远大于钩码的质量，C项错误；同理，小车与长木板间可以有不变的摩擦力，无需平衡摩擦力，D项错误。故必要的措施是A、B两项。
（2）由、、得加速度，打B点时小车的速度。
 4.答案：（1）BCD（2）1.03（3）2.13解析：（1）每相邻两个计数点间还有4个点没有画出，因此纸带上相邻两个计数点之间的时间间隔为0.1 s，故A错误；实验前要让小车靠近打点计时器，先接通电源再释放小车，故B正确；实验过程需要满足重物的质量远小于小车质量，目的是使细绳拉力近似等于重物的重力，故C正确；通过分析纸带可以得出，相邻相等时间内位移之差总为2.13 cm，因此小车做的是匀加速直线运动，故D正确。
（2）C点的速度等于段的平均速度，则
。
（3）根据，运用逐差法得，。5.答案：（1）（或）（2）见解析图（3）2.0（1.8~2.2）解析：（1）沿斜面向下是匀加速运动，反过来也可以看成是初速度为的沿斜面向上的匀减速运动，由位移公式有。由于要画图像，所以可将上式变形得。
（2）图线如图所示。
 （3）由可知图像的斜率，所以。6.答案：（1）不需要（2）B解析：（1）实验中细绳的拉力可以通过力传感器直接得出，不需要满足钩码的质量远小于滑块的质量。
（2）加速度与滑块所受的合力成正比，图像应该是过原点的倾斜直线，故B正确，A、C、D错误。7.答案：（1）图2;B（2）191（187~193均可）解析：（1）假设滑块和挡光片的总质量为M，一个砝码的质量为m，砝码盘的质量为。以滑块、砝码和砝码盘作为研究对象，有，整理得，则图象为一条过原点的倾斜直线，所以图2能正确反映加速度与力的关系；如果将砝码盘中的砝码重量作为合力F，则，则加速度与力的关系图象如图3所示；释放瞬间滑块具有初速度以及滑块上固定的挡光片发生倾斜不能得出图3所示的图线，故选项B正确。（2）由（1）中分析可知图2中图象的斜率，则有，又，联立解得。8.答案：（1）BC（2）解析：（1）本题拉力可以由力传感器测出，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）的质量远小于小车的总质量，故A、D错误；该题是用力传感器来测量拉力，从而表示小车受到的合外力，将带滑轮的长木板右端垫高，以平衡摩擦力，故B正确；改变砂和砂桶质量，即改变拉力的大小，多打出几条纸带，以研究加速度随F变化关系，故C正确；实验与两个传感器的质量无关，故E错误.
（2）由牛顿第二定律得图像的斜率，则小车的质量，以砂和砂桶为研究对象，根据牛顿第二定律得；
以小车为研究对象，根据牛顿第二定律得；
小车的加速度与砂和砂桶的加速度大小的关系有；
综上所得，
当砂和砂桶的质量远大于小车的质量时，这个图像的纵坐标的极限.9.答案：（1）（2）A（3）（4）解析：（1）由题意可知，滑块做匀加速直线运动，根据速度位移关系式有，又，解得.
（2）细线的拉力是直接通过传感器测量的，与滑块质量和钩码质量的大小无关，A不必要，符合题意；应使A位置与光电门间的距离适当大些，有利于减小误差，B必要，不符合题意；应将气垫导轨调节水平，细线的拉力才等于滑块所受合力，C必要，不符合题意；要保持细线与气垫导轨平面平行，拉力才等于合力，D必要，不符合题意.
（3）根据牛顿第二定律得，结合,解得，所以处理数据时应作图像，图线的横轴为F，纵轴为，斜率为.
（4）由牛顿第二定律可得，断开气源，接通气源，联立解得.10.答案：1.84；1.96；滑轮的轴不光滑或滑轮有质量解析：小球B由下降至h的过程中，由位移-时间公式得，解得，代入数据，求得；
设绳子拉力大小为F，选小球A为研究对象，由牛顿第二定律得；选小球B为研究对象，由牛顿第二定律得；联立解得，代入数据，求得；
与a有明显差异，除实验中的偶然误差外，可能产生这一结果的原因有滑轮的轴不光滑或滑轮有质量。11.答案：（1）AD（2）远小于（3）小于；大于解析：（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砝码的砝码桶通过定滑轮拴在木块上，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，改变木块上的砝码质量后不需要重新平衡摩擦力，D项正确。
（2）由整体法和隔离法得到细绳中的拉力，可见当砝码桶和桶内砝码的总质量远小于木块和木块上砝码的总质量m时，可得。
（3）不平衡摩擦力，则，图线斜率大的木块质量小，纵轴截距绝对值大的动摩擦因数大，因此，。12.答案：（1）；时间相同时，加速度与位移成正比（2）①小于
②Ⅱ匀速直线Ⅲ细线与长木板平行③；4.84④见解析图⑤没有完全平衡摩擦力解析：（1）根据得，由于时间相等，所以，由上分析可知，加速度与位移成正比。
（2）①由于钩码向下加速运动，所以绳子的拉力比钩码的总重力更小；
②垫高木板右端，让小车在不受拉力时做匀速直线运动，这样挂上物体后，小车的合力为拉力传感器的示数；为保证细线的拉力不变，必须调节滑轮的高度使细线与长木板平行；③根据匀变速直线运动的位移与速度公式，解得；由公式将第四次实验数据代入解得。
④根据表中数据，得出图像如图所示。

①对比图像可知，实际图像没有过原点，造成原因可能为没有完全平衡摩擦力或拉力传感器读数偏大。