高考物理一轮复习实验抢分练4验证牛顿运动定律含答案

实验专项抢分练(四)　验证牛顿运动定律

(建议用时40分钟)

1．某同学采用如图(a)所示的装置验证牛顿第二定律，他将器材安装好，平衡摩擦力后，保持小车(含车上砝码)总质量M不变，通过改变砝码盘中砝码的质量来改变小车受到的合外力F。

(1)若要完成实验，需要增加的测量工具是______

A．天平和秒表　　　B．天平和刻度尺

C．秒表和刻度尺    D．刻度尺和圆规

(2)某次实验，打出的纸带如图(b)所示(每相邻计数点间还有4个点没有标出)。已知小车(含车上砝码)总质量M＝250 g，打点计时器的频率为50 Hz，则靠近纸带__________(选填“A”或“D”)点的一端与小车连接，该次实验小车受到的合力F＝________，砝码盘和盘中砝码的总质量m＝________g。(重力加速度g取9.9 m/s2，结果均保留3位有效数字)

【解析】(1)天平测砝码盘和盘中砝码的质量，刻度尺测量纸带上两点间的距离。

(2)纸带上先打出A点，靠近纸带A点的一端与小车连接；根据Δx＝aT2可得a＝0.9 m/s2，故F＝Ma＝0.225 N，根据系统牛顿第二定律mg＝(M＋m)a，解得m＝25.0 g

答案：(1)B　 (2)A　0.225 N　25.0

2．某探究小组的同学用如图所示装置做“探究物体质量一定时，加速度与力的关系”的实验。

(1)下列说法正确的有________。

A．平衡摩擦力时，用细线一端挂空砝码盘，另一端与小车相连，将木板适当倾斜，使小车在木板上近似做匀速直线运动

B．每次改变砝码及砝码盘总质量之后，应重新平衡摩擦力

C．应让砝码及砝码盘总质量远大于小车及里面钩码的总质量

D．砝码及砝码盘总质量远小于小车及里面钩码总质量时，可以近似认为小车受到的拉力等于砝码及砝码盘的重力

(2)图甲为实验中按规范操作打出的一条纸带的一部分。从比较清晰的点迹起，在纸带上标出了连续的5个计数点A、B、C、D、E，相邻两计数点之间都有4个计时点没有标出，用刻度尺分别测量出A点到B、C、D、E的距离如图甲所示，已知打点计时器接在频率为50 Hz的交流电源上，则此次实验中小车运动加速度的测量值a＝__________m/s2。(结果保留两位有效数字)

(3)某同学平衡摩擦力后，改变砝码盘中砝码的质量，分别测量出小车的加速度a。以砝码盘及砝码的重力F为横坐标，以小车的加速度a为纵坐标，得到如图乙所示的a­F图线，则图线不通过坐标原点的主要原因是_______________________。

【解析】(1)平衡摩擦力时，应将细线从小车上取下，轻轻推动小车，使小车沿木板运动，通过打点计时器打出来的纸带判断小车是否做匀速运动，A错误；每次改变砝码及砝码盘总质量之后，不需要重新平衡摩擦力，B错误；应让砝码及砝码盘总质量远小于小车及里面钩码的总质量，C错误；砝码及砝码盘总质量远小于小车及里面钩码的总质量时，可以近似认为小车受到的拉力等于砝码及砝码盘的重力，D正确。

(2)a＝＝ m/s2≈1.2 m/s2。

(3)当F＝0时，a≠0，也就是说当细线上没有拉力时，小车就有加速度，这是平衡摩擦力时木板倾角θ偏大，即平衡摩擦力过度引起的。

答案：(1)D　(2)1.2　(3)平衡摩擦力过度

3.(2021·桂林模拟)为了探究物体质量一定时加速度与力的关系,甲、乙同学设计了如图(a)所示的实验装置,其中M为小车的质量,m为砂和砂桶的总质量,m0为滑轮的质量。力传感器可测出轻绳中的拉力大小。

(1)(多选)实验时,一定要进行的操作是　　　　　。(填序号) 

A.用天平测出砂和砂桶的总质量

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,同时记录力传感器的示数

D.为减小误差,实验中一定要保证砂和砂桶的总质量m远小于小车的质量M

(2)甲同学在实验中得到如图(b)所示的一条纸带(两计数点间还有四个点没有画出),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(结果保留三位有效数字)。 

(3)甲同学以力传感器的示数F为横坐标,加速度a为纵坐标,画出的a-F图线是一条直线,如图(c)所示,图线与横坐标的夹角为θ,求得图线的斜率为k,则小车的质量M=　　　　　。 

A.　　　　　　　B.-m0         C.-m0      D.

(4)乙同学根据测量数据作出如图(d)所示的a-F图线,该同学做实验时存在的问题是 　　　　　　　　　。 

【解析】(1)验证牛顿第二定律的实验原理是F=Ma,本题绳中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,也就不需要使砂和砂桶的总质量m远小于小车的质量M,A、D错误。用力传感器测量绳子的拉力,则力传感器示数的2倍等于小车受到的合外力大小,需要平衡摩擦力,B正确。释放小车之前应先接通电源,待打点稳定后再释放小车,该实验还需要记录力传感器的示数,C正确。

(2)由逐差法计算加速度,

a=,

其中T=0.1 s,代入数据解得a=2.00 m/s2。

(3)对小车与滑轮系统,由牛顿第二定律得

a=F,

图线的斜率为k,

则k=,

故小车的质量M=-m0,故选项C正确。

(4)图线在F轴上的截距不为零,说明力传感器显示有拉力时,小车仍然静止,这是没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不够造成的。

答案:(1)B、C　(2)2.00　(3)C

(4)没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不够