《2022屆高考物理一輪復(fù)習(xí) 課時作業(yè)15 驗證牛頓運動定律》由會員分享,可在線閱讀,更多相關(guān)《2022屆高考物理一輪復(fù)習(xí) 課時作業(yè)15 驗證牛頓運動定律(8頁珍藏版)》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。
1、2022屆高考物理一輪復(fù)習(xí) 課時作業(yè)15 驗證牛頓運動定律
1.某同學(xué)做“探究加速度與力的關(guān)系”的實驗,實驗的探究對象是鋁塊(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)在實驗操作中有兩處明顯錯誤,分別是________________和________________.
(2)糾錯后開始實驗:保持鋁塊的質(zhì)量m不變,通過在砂桶中添加砂來改變對鋁塊的拉力;每次釋放輕繩,由力傳感器可測得拉力的大小F,由紙帶上打出的點可算出對應(yīng)加速度的大小a;已知重力加速度為g.該同學(xué)根據(jù)多組實驗數(shù)據(jù)畫出如圖乙所示的一條過坐標(biāo)原點的直線,他標(biāo)注縱軸為加速度a,但忘記標(biāo)注橫軸,你認(rèn)
2、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,則實驗的誤差會更________(填“大”或“小”).
(4)本裝置還可用來做____________的實驗.(只填一個)
答案:見解析 解析:(1)該同學(xué)在實驗操作中有兩處明顯錯誤,分別是:打點計時器錯接在直流電源上;要進(jìn)行打點的紙帶留得太短.
(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,則實驗的誤差會更大.
(4)本裝置還可用來做探究動能定理(或驗證機械能守恒定律或探究加速度與質(zhì)量的關(guān)系
3、)的實驗.
2.某課外活動小組設(shè)計了如圖甲所示的實驗來測量小物塊與斜面間的動摩擦因數(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量小物塊與傳感器的間距x并通過數(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,以時間t為橫軸,得到如圖乙所示的x-t圖象.
(1)小物塊的加速度大小為________.
(2)為了計算得到小物塊與斜面間的動摩擦因數(shù),是否需要測量小物塊的質(zhì)量________(填“需要”或“不需要”),小物塊與斜面間的動摩擦因數(shù)為________(已知重力加速度取g=10 m/s2).
(3)理論上,乙圖
4、的○中應(yīng)填入的數(shù)據(jù)為________.
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,小物塊做減速運動,由牛頓第二定律μmgcos θ-mgsin θ=ma,化簡得:a=μgcos θ-gsin θ,故不需要測量質(zhì)量,代入數(shù)據(jù)解得:μ=;(3)由圖象可知,初速度v==2 m/s,小物塊減速過程的位移x==0.8 m,故小物塊與傳感器間距不變時間距大小為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
5、甲所示,力傳感器A與計算機相連接,可獲得力隨時間變化的規(guī)律,將力傳感器固定在水平桌面上,測力端通過輕質(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,整個裝置處于靜止?fàn)顟B(tài).現(xiàn)打開傳感器,同時緩慢向砂桶里倒入砂,當(dāng)小車剛好開始運動時,立即停止倒砂.若力傳感器采集的F-t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)定運動時加
6、速度大小a=________ m/s2.
(2)若實驗中傳感器測力端與滑塊間的細(xì)繩不水平,左端略低一些,由此而引起的動摩擦因數(shù)μ的測量結(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,滑塊所受的滑動摩擦力為Ff=3.0 N,滑塊與小車之間的正壓力FN=mg=1.5×10 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,對小車和砂桶、砂整體,由牛頓第二定律得m′g-Ff=(m′+M)a,
7、解得小車穩(wěn)定運動時加速度大小a=0.25 m/s2.(2)若實驗中傳感器測力端與滑塊間的細(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,由此而引起的動摩擦因數(shù)μ的測量結(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,鋁箱向上運動的加速度a可由打點計時器和紙帶測出.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)行多次實驗,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),不計滑輪的重力.
(1)某同學(xué)根據(jù)實驗數(shù)據(jù)畫出了如圖乙所示的a-F關(guān)
8、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,圖線________(填選項前的字母).
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)對鋁箱分析,有FT-mg=ma,
對滑輪有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)
9、量較大時,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中測量滑塊與木板之間的動摩擦因數(shù),實驗裝置如圖甲所示,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,其一端與打點計時器的紙帶相連,另一端通過跨過定滑輪的細(xì)線與托盤連接.打點計時器使用的交流電源的頻率為50 Hz.開始實驗時,在托盤中放入適量砝碼,滑塊開始做勻加速運動,在紙帶上打出一系列小點.
(1)圖乙給出的是實驗中該同學(xué)得到的一條較為理想的紙帶,從清晰的A點開始,每隔4個點取一計數(shù)點(中間4個點沒畫出),分別記為B、C、D、E、F、G,由此紙帶可得到此次實驗滑塊
10、的加速度a=________ m/s2.(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)
(2)為測量動摩擦因數(shù),下列物理量中還應(yīng)測量的有________.(填入所選物理量前的字母)
A.木板的長度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.滑塊運動的時間t
(3)滑塊與木板間的動摩擦因數(shù)μ=________(用所測物理量的字母表示,重力加速度為g),與真實值相比,測得的動摩擦因數(shù)________(填“偏大”或“偏小”).
答案:(1)0.48 (2)CD (3) 偏大
解析:(1)根據(jù)a=,運用逐差法可得
a=×10-2 m/s2=0.48 m/s2.
(2
11、)以系統(tǒng)為研究對象,由牛頓第二定律得
m3g-f=(m2+m3)a,
滑動摩擦力f=μm2g,
解得μ=.
要測量動摩擦因數(shù)μ,則需要測出: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)致測得的動摩擦因數(shù)偏大.
6.(2018·江西八校聯(lián)考)為了探究質(zhì)量一定時加速度與力的關(guān)系,一同學(xué)設(shè)計了如圖所示的實驗裝置.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)
(1)實驗時,一定要進(jìn)行的操作是________.
A.用天平測出砂和砂桶的質(zhì)量
B.將帶滑輪的長木板右端墊高
12、,以平衡摩擦力
C.小車靠近打點計時器,先接通電源,再釋放小車,打出一條紙帶,同時記錄彈簧測力計的示數(shù)
D.改變砂和砂桶的質(zhì)量,打出幾條紙帶
E.為減小誤差,實驗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)在實驗中得到如圖所示的一條紙帶(兩計數(shù)點間還有兩個點沒有畫出),已知打點計時器采用的是頻率為50 Hz的交流電,根據(jù)紙帶可求出小車的加速度為________m/s2(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字).
(3)以彈簧測力計的示數(shù)F為橫坐標(biāo),加速度為縱坐標(biāo),畫出的a-F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________.
A.2t
13、an θ B. C.k D.
答案:(1)BCD (2)1.3 (3)D
解析:(1)由實驗原理圖可以看出,由彈簧測力計的示數(shù)可得到小車所受的合外力的大小,故不需要測砂和砂桶的質(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;為保證繩上拉力提供合外力,必須平衡摩擦力,B對;小車應(yīng)靠近打點計時器,先接通電源,再釋放小車,同時讀出彈簧測力計的示數(shù),C對;為了多測幾組數(shù)據(jù),需改變砂和砂桶的質(zhì)量多做幾次實驗,D對.
(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
14、
則圖象斜率k=,得小車的質(zhì)量M=,故A、B、C錯,D對.
7.(2018·湖南長沙模擬)甲、乙兩同學(xué)均設(shè)計了測動摩擦因數(shù)的實驗.已知重力加速度為g.
甲
(1)甲同學(xué)所設(shè)計的實驗裝置如圖甲所示.其中A為一質(zhì)量為M的長直木板,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)彈簧測力計.實驗時用力將A從B的下方抽出,通過C的讀數(shù)F1即可測出動摩擦因數(shù).則該設(shè)計能測出________(填“A與B”或“A與地面”)之間的動摩擦因數(shù),其表達(dá)式為________.
(2)乙同學(xué)的設(shè)計如圖乙所示.他在一端帶有定滑輪的長木板上固定有A、B兩個光電門,與光電門相連的計時器可以顯示帶有遮光片
15、的物塊在其間的運動時間,與跨過定滑輪的輕質(zhì)細(xì)繩相連的輕質(zhì)測力計能顯示掛鉤處所受的拉力.實驗時,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處由靜止開始運動,讀出多組測力計示數(shù)F及對應(yīng)的物塊在兩光電門之間的運動時間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)不能測出小車質(zhì)量,故該同學(xué)還應(yīng)該測出的物理量為________.根據(jù)該測量物理量及圖線信息可知物塊與木板之間的動摩擦因數(shù)表達(dá)式為________.
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B處于靜止?fàn)顟B(tài),彈簧測力計的讀數(shù)F與B所受的滑動摩擦力Ff大小相等,B對木板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之間的動摩擦因數(shù).
(2)小車由靜止開始做勻加速運動,位移x=at2
a=
根據(jù)牛頓第二定律得
對于物塊,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關(guān),小車與長木板間的動摩擦因數(shù):μ==.