2019屆高考物理一輪復(fù)習(xí) 課時(shí)作業(yè)15 驗(yàn)證牛頓運(yùn)動(dòng)定律.doc

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課時(shí)作業(yè)(十五)　驗(yàn)證牛頓運(yùn)動(dòng)定律 [基礎(chǔ)訓(xùn)練] 1．某同學(xué)做“探究加速度與力的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)的探究對(duì)象是鋁塊(質(zhì)量小于砂桶的質(zhì)量)，在靜止釋放輕繩前，裝置如圖甲所示： (1)該同學(xué)在實(shí)驗(yàn)操作中有兩處明顯錯(cuò)誤，分別是________________和________________． (2)糾錯(cuò)后開(kāi)始實(shí)驗(yàn)：保持鋁塊的質(zhì)量m不變，通過(guò)在砂桶中添加砂來(lái)改變對(duì)鋁塊的拉力；每次釋放輕繩，由力傳感器可測(cè)得拉力的大小F，由紙帶上打出的點(diǎn)可算出對(duì)應(yīng)加速度的大小a；已知重力加速度為g.該同學(xué)根據(jù)多組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)畫出如圖乙所示的一條過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)的直線，他標(biāo)注縱軸為加速度a，但忘記標(biāo)注橫軸，你認(rèn)為橫軸代表的物理量是________(用所給的字母表示)． (3)若把力傳感器裝在右側(cè)輕繩上，則實(shí)驗(yàn)的誤差會(huì)更________(填“大”或“小”)． (4)本裝置還可用來(lái)做____________的實(shí)驗(yàn)．(只填一個(gè)) 答案：見(jiàn)解析　解析：(1)該同學(xué)在實(shí)驗(yàn)操作中有兩處明顯錯(cuò)誤，分別是：打點(diǎn)計(jì)時(shí)器錯(cuò)接在直流電源上；要進(jìn)行打點(diǎn)的紙帶留得太短． (2)鋁塊受重力mg和拉力F，所以鋁塊的合力F合＝F－mg，所以橫軸代表的物理量是F－mg. (3)由于滑輪的摩擦，若把力傳感器裝在右側(cè)輕繩上，則實(shí)驗(yàn)的誤差會(huì)更大． (4)本裝置還可用來(lái)做探究動(dòng)能定理(或驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律或探究加速度與質(zhì)量的關(guān)系)的實(shí)驗(yàn)． 2．某課外活動(dòng)小組設(shè)計(jì)了如圖甲所示的實(shí)驗(yàn)來(lái)測(cè)量小物塊與斜面間的動(dòng)摩擦因數(shù)．如圖甲所示，位移傳感器與電腦相連后固定于傾角為30的斜面底端，已知位移傳感器可以測(cè)量小物塊與傳感器的間距x并通過(guò)數(shù)據(jù)線輸入電腦，現(xiàn)用小錘打擊置于斜面頂端的小物塊，使之沿斜面下滑，以x為縱軸，以時(shí)間t為橫軸，得到如圖乙所示的xt圖象． (1)小物塊的加速度大小為_(kāi)_______． (2)為了計(jì)算得到小物塊與斜面間的動(dòng)摩擦因數(shù)，是否需要測(cè)量小物塊的質(zhì)量________(填“需要”或“不需要”)，小物塊與斜面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為_(kāi)_______(已知重力加速度取g＝10 m/s2)． (3)理論上，乙圖的○中應(yīng)填入的數(shù)據(jù)為_(kāi)_______． 答案：(1)2.5 m/s2　(2)不需要　　(3)20 解析：(1)由圖象可知，連續(xù)相等時(shí)間位移差為定值，均為10 cm，由Δx＝aT2，解得a＝2.5 m/s2；(2)由圖象可知，小物塊做減速運(yùn)動(dòng)，由牛頓第二定律μmgcos θ－mgsin θ＝ma，化簡(jiǎn)得：a＝μgcos θ－gsin θ，故不需要測(cè)量質(zhì)量，代入數(shù)據(jù)解得：μ＝；(3)由圖象可知，初速度v＝＝2 m/s，小物塊減速過(guò)程的位移x＝＝0.8 m，故小物塊與傳感器間距不變時(shí)間距大小為100 cm－80 cm＝20 cm.故縱軸應(yīng)填入的數(shù)據(jù)是20. 3．(2018云南十一校調(diào)研)如圖甲所示，力傳感器A與計(jì)算機(jī)相連接，可獲得力隨時(shí)間變化的規(guī)律，將力傳感器固定在水平桌面上，測(cè)力端通過(guò)輕質(zhì)細(xì)繩與一滑塊相連，調(diào)節(jié)傳感器高度使細(xì)繩水平，滑塊放在較長(zhǎng)的小車上，滑塊的質(zhì)量m＝1.5 kg，小車的質(zhì)量為M＝1.65 kg.一根輕質(zhì)細(xì)繩跨過(guò)光滑的輕質(zhì)滑輪，其一端連接小車，另一端系一只空砂桶，調(diào)節(jié)滑輪使桌面上部細(xì)繩水平，整個(gè)裝置處于靜止?fàn)顟B(tài)．現(xiàn)打開(kāi)傳感器，同時(shí)緩慢向砂桶里倒入砂，當(dāng)小車剛好開(kāi)始運(yùn)動(dòng)時(shí)，立即停止倒砂．若力傳感器采集的Ft圖象如圖乙所示，重力加速度取g＝10 m/s2，則： (1)滑塊與小車間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ＝________；若忽略小車與水平桌面間的摩擦，小車穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)時(shí)加速度大小a＝________ m/s2. (2)若實(shí)驗(yàn)中傳感器測(cè)力端與滑塊間的細(xì)繩不水平，左端略低一些，由此而引起的動(dòng)摩擦因數(shù)μ的測(cè)量結(jié)果________(填“偏大”或“偏小”)． 答案：(1)0.2　0.25　(2)偏大 解析：(1)根據(jù)題圖乙所示的圖象可知，滑塊所受的滑動(dòng)摩擦力為Ff＝3.0 N，滑塊與小車之間的正壓力FN＝mg＝1.510 N＝15 N．由Ff＝μFN，解得μ＝0.2.根據(jù)題圖乙可知小車所受拉力等于砂桶和砂的重力m′g＝3.5 N，砂桶和砂的質(zhì)量m′＝0.35 kg.若忽略小車與水平桌面間的摩擦，對(duì)小車和砂桶、砂整體，由牛頓第二定律得m′g－Ff＝(m′＋M)a，解得小車穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)時(shí)加速度大小a＝0.25 m/s2.(2)若實(shí)驗(yàn)中傳感器測(cè)力端與滑塊間的細(xì)繩不水平，左端略低一些，滑塊與小車之間的正壓力FN大于重力mg，由此而引起的動(dòng)摩擦因數(shù)μ的測(cè)量結(jié)果偏大． 4．(2018湖北荊門一模)某研究學(xué)習(xí)小組用如圖甲所示的裝置探究加速度與合力的關(guān)系．裝置中的鋁箱下端連接紙帶，砂桶中可放置砂子以改變鋁箱所受的外力大小，鋁箱向上運(yùn)動(dòng)的加速度a可由打點(diǎn)計(jì)時(shí)器和紙帶測(cè)出．現(xiàn)保持鋁箱總質(zhì)量m不變，逐漸增大砂桶和砂的總質(zhì)量進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn)，得到多組a、F值(F為力傳感器的示數(shù)，等于懸掛滑輪繩子的拉力)，不計(jì)滑輪的重力． (1)某同學(xué)根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)畫出了如圖乙所示的aF關(guān)系圖象，則由該圖象可得鋁箱總質(zhì)量m＝________kg，重力加速度g＝________ m/s2(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)． (2)當(dāng)砂桶和砂的總質(zhì)量較大導(dǎo)致a較大時(shí)，圖線________(填選項(xiàng)前的字母)． A．偏向縱軸 B．偏向橫軸 C．斜率逐漸減小 D．斜率不變 答案：(1)0.25　9.8　(2)D 解析：(1)對(duì)鋁箱分析，有FT－mg＝ma， 對(duì)滑輪有F＝2FT， 聯(lián)立可得a＝F－g， 可知圖線的斜率k＝＝ kg－1，解得m＝0.25 kg，縱軸截距－g＝－9.8 m/s2，解得g＝9.8 m/s2. (2)圖線的斜率k＝保持不變，為定值，可知當(dāng)砂桶和砂的總質(zhì)量較大時(shí)，圖線的斜率不變，故選D. [能力提升] 5．(2018甘肅酒泉一模)物理小組在一次探究活動(dòng)中測(cè)量滑塊與木板之間的動(dòng)摩擦因數(shù)，實(shí)驗(yàn)裝置如圖甲所示，一表面粗糙的木板固定在水平桌面上，一端裝有定滑輪；木板上有一滑塊，其一端與打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的紙帶相連，另一端通過(guò)跨過(guò)定滑輪的細(xì)線與托盤連接．打點(diǎn)計(jì)時(shí)器使用的交流電源的頻率為50 Hz.開(kāi)始實(shí)驗(yàn)時(shí)，在托盤中放入適量砝碼，滑塊開(kāi)始做勻加速運(yùn)動(dòng)，在紙帶上打出一系列小點(diǎn)． (1)圖乙給出的是實(shí)驗(yàn)中該同學(xué)得到的一條較為理想的紙帶，從清晰的A點(diǎn)開(kāi)始，每隔4個(gè)點(diǎn)取一計(jì)數(shù)點(diǎn)(中間4個(gè)點(diǎn)沒(méi)畫出)，分別記為B、C、D、E、F、G，由此紙帶可得到此次實(shí)驗(yàn)滑塊的加速度a＝________ m/s2.(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字) (2)為測(cè)量動(dòng)摩擦因數(shù)，下列物理量中還應(yīng)測(cè)量的有________．(填入所選物理量前的字母) A．木板的長(zhǎng)度l B．木板的質(zhì)量m1 C．滑塊的質(zhì)量m2 D．托盤和砝碼的總質(zhì)量m3 E．滑塊運(yùn)動(dòng)的時(shí)間t (3)滑塊與木板間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ＝________(用所測(cè)物理量的字母表示，重力加速度為g)，與真實(shí)值相比，測(cè)得的動(dòng)摩擦因數(shù)________(填“偏大”或“偏小”)． 答案：(1)0.48　(2)CD　(3)　偏大 解析：(1)根據(jù)a＝，運(yùn)用逐差法可得 a＝10－2 m/s2＝0.48 m/s2. (2)以系統(tǒng)為研究對(duì)象，由牛頓第二定律得 m3g－f＝(m2＋m3)a， 滑動(dòng)摩擦力f＝μm2g， 解得μ＝. 要測(cè)量動(dòng)摩擦因數(shù)μ，則需要測(cè)出：滑塊的質(zhì)量m2、托盤和砝碼的總質(zhì)量m3，故C、D正確． (3)由(2)可知，動(dòng)摩擦因數(shù)的表達(dá)式為μ＝，由于存在限位孔與紙帶的摩擦等，因此導(dǎo)致測(cè)得的動(dòng)摩擦因數(shù)偏大． 6．(2018江西八校聯(lián)考)為了探究質(zhì)量一定時(shí)加速度與力的關(guān)系，一同學(xué)設(shè)計(jì)了如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置．其中M為帶滑輪的小車的質(zhì)量，m為砂和砂桶的質(zhì)量．(滑輪質(zhì)量不計(jì)) (1)實(shí)驗(yàn)時(shí)，一定要進(jìn)行的操作是________． A．用天平測(cè)出砂和砂桶的質(zhì)量 B．將帶滑輪的長(zhǎng)木板右端墊高，以平衡摩擦力 C．小車靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，先接通電源，再釋放小車，打出一條紙帶，同時(shí)記錄彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù) D．改變砂和砂桶的質(zhì)量，打出幾條紙帶 E．為減小誤差，實(shí)驗(yàn)中一定要保證砂和砂桶的質(zhì)量m遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量M (2)該同學(xué)在實(shí)驗(yàn)中得到如圖所示的一條紙帶(兩計(jì)數(shù)點(diǎn)間還有兩個(gè)點(diǎn)沒(méi)有畫出)，已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器采用的是頻率為50 Hz的交流電，根據(jù)紙帶可求出小車的加速度為_(kāi)_______m/s2(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)． (3)以彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)F為橫坐標(biāo)，加速度為縱坐標(biāo)，畫出的aF圖象是一條直線，圖線與橫坐標(biāo)的夾角為θ，求得圖線的斜率為k，則小車的質(zhì)量為_(kāi)_______． A．2tan θ B. C．k D. 答案：(1)BCD (2)1.3 (3)D 解析：(1)由實(shí)驗(yàn)原理圖可以看出，由彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)可得到小車所受的合外力的大小，故不需要測(cè)砂和砂桶的質(zhì)量，也不需要保證砂和砂桶的質(zhì)量m遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量M，A、E錯(cuò)；為保證繩上拉力提供合外力，必須平衡摩擦力，B對(duì)；小車應(yīng)靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，先接通電源，再釋放小車，同時(shí)讀出彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)，C對(duì)；為了多測(cè)幾組數(shù)據(jù)，需改變砂和砂桶的質(zhì)量多做幾次實(shí)驗(yàn)，D對(duì)． (2)由逐差法可得：小車的加速度 a＝，將T＝3 s＝0.06 s代入可得a＝1.3 m/s2. (3)由題圖結(jié)合牛頓第二定律，有2F＝Ma，得a＝F 則圖象斜率k＝，得小車的質(zhì)量M＝，故A、B、C錯(cuò)，D對(duì)． 7．(2018湖南長(zhǎng)沙模擬)甲、乙兩同學(xué)均設(shè)計(jì)了測(cè)動(dòng)摩擦因數(shù)的實(shí)驗(yàn)．已知重力加速度為g. 甲 (1)甲同學(xué)所設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)裝置如圖甲所示．其中A為一質(zhì)量為M的長(zhǎng)直木板，B為木板上放置的質(zhì)量為m的物塊，C為物塊右端連接的一輕質(zhì)彈簧測(cè)力計(jì)．實(shí)驗(yàn)時(shí)用力將A從B的下方抽出，通過(guò)C的讀數(shù)F1即可測(cè)出動(dòng)摩擦因數(shù)．則該設(shè)計(jì)能測(cè)出________(填“A與B”或“A與地面”)之間的動(dòng)摩擦因數(shù)，其表達(dá)式為_(kāi)_______． (2)乙同學(xué)的設(shè)計(jì)如圖乙所示．他在一端帶有定滑輪的長(zhǎng)木板上固定有A、B兩個(gè)光電門，與光電門相連的計(jì)時(shí)器可以顯示帶有遮光片的物塊在其間的運(yùn)動(dòng)時(shí)間，與跨過(guò)定滑輪的輕質(zhì)細(xì)繩相連的輕質(zhì)測(cè)力計(jì)能顯示掛鉤處所受的拉力．實(shí)驗(yàn)時(shí)，多次改變砂桶中砂的質(zhì)量，每次都讓物塊從靠近光電門A處由靜止開(kāi)始運(yùn)動(dòng)，讀出多組測(cè)力計(jì)示數(shù)F及對(duì)應(yīng)的物塊在兩光電門之間的運(yùn)動(dòng)時(shí)間t.在坐標(biāo)系中作出F的圖線如圖丙所示，圖線的斜率為k，與縱軸的截距為b，與橫軸的截距為c.因乙同學(xué)不能測(cè)出小車質(zhì)量，故該同學(xué)還應(yīng)該測(cè)出的物理量為_(kāi)_______．根據(jù)該測(cè)量物理量及圖線信息可知物塊與木板之間的動(dòng)摩擦因數(shù)表達(dá)式為_(kāi)_______． 　　　　 　乙　　　　　　　　　　丙 答案：(1)A與B (2)光電門A、B之間的距離x 解析：(1)當(dāng)A達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)B處于靜止?fàn)顟B(tài)，彈簧測(cè)力計(jì)的讀數(shù)F與B所受的滑動(dòng)摩擦力Ff大小相等，B對(duì)木板A的壓力大小等于B的重力mg，由Ff＝μFN得，μ＝＝，由從C上讀取F1，則可求得μ，為A與B之間的動(dòng)摩擦因數(shù)． (2)小車由靜止開(kāi)始做勻加速運(yùn)動(dòng)，位移x＝at2 a＝ 根據(jù)牛頓第二定律得 對(duì)于物塊，F(xiàn)合＝F－μmg＝ma 則：F＝＋μmg 則圖線的斜率為：k＝2mx，縱軸的截距為b＝μmg； k與摩擦力是否存在無(wú)關(guān)，小車與長(zhǎng)木板間的動(dòng)摩擦因數(shù)：μ＝＝.