2022年高一物理 寒假作業(yè) 第12天 驗證牛頓運動定律 新人教版

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1、2022年高一物理 寒假作業(yè) 第12天 驗證牛頓運動定律 新人教版 考綱要求：II 難易程度：★★★☆☆ 某同學(xué)設(shè)計了一個探究加速度a與物體所受合力F及質(zhì)量m關(guān)系的實驗，如圖甲所示為實驗裝置簡圖。（交流電的頻率為50 Hz） （1）這個實驗_______________（填“需要”或“不需要”）平衡摩擦力。 （2）砂桶和砂的質(zhì)量m_______小車的質(zhì)量M。 （3）圖乙所示為某次實驗得到的紙帶，根據(jù)紙帶可求出小車的加速度大小為________ m/s2； （4）保持小盤及盤中砝碼的質(zhì)量不變，改變小車質(zhì)量m，分別得到小車的加速度a與小車質(zhì)量m及對應(yīng)的的數(shù)據(jù)如下表： a

2、/（m·s－2） 1.90 1.72 1.49 1.25 1.00 0.75 0.50 0.30 m/kg 0.25 0.29 0.33 0.40 0.50 0.71 1.00 1.67 /kg－1 4.00 3.45 3.03 2.50 2.00 1.41 1.00 0.60 請在下圖所示的坐標(biāo)紙中畫出a—的圖象，并由圖象求出小車的加速度a與質(zhì)量的倒數(shù)之間的關(guān)系式是________。 【參考答案】（1）需要 （2）<< （3）3.19 （1）如圖所示 【試題解析】（1）根據(jù)實驗原理可以知道只有平衡摩擦力后才可以將砂和

3、桶的總重力看作小車的拉力，所以需要平衡摩擦力； （2）根據(jù)實驗原理可以知道砂和桶的總質(zhì)量m要遠(yuǎn)小于小車的總質(zhì)量M時，可將砂和桶的總重力看作小車的拉力； （3）由交流電的頻率為50 Hz可得，題圖乙中兩相鄰點間的時間間隔T＝0.02 s。由，t＝2T得， （4）如圖所示，由圖象求出小車的加速度a與質(zhì)量的倒數(shù)之間的關(guān)系式是。 【知識補給】 注意事項失分探秘 （1）平衡摩擦力時中的“不重復(fù)”：平衡了摩擦力后，不管以后是改變小盤和砝碼的總質(zhì)量還是改變小車和砝碼的總質(zhì)量都不需要平衡摩擦力。 （2）操作中的“一先一后一按”：改變拉力和小車質(zhì)量后，每次開始時小車應(yīng)盡量靠近打點計時器，并先

4、接通電源，后放開小車，且應(yīng)在小車碰到滑輪之前按住小車。 （3）作圖中的“擬合與舍棄”：要使盡可能多的點在一條直線上，不在直線上的點也要盡可能均勻的分布在直線的兩側(cè)，遇到個別偏差較大的點應(yīng)舍去。 （4）改變小車質(zhì)量或拉力大小時，改變量應(yīng)盡可能大一些，但應(yīng)滿足小盤和盤內(nèi)砝碼的總質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車和車上砝碼的總質(zhì)量。 常見誤差及分析 特征 產(chǎn)生原因 圖線上部彎曲 當(dāng)小車受力F較大時，不滿足“小盤和盤內(nèi)砝碼的總質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車和車上砝碼的總質(zhì)量”的條件 圖線與a軸有截距 平衡摩擦力時長木板的傾角過大，F(xiàn)=0時（不掛小盤和加放砝碼），小車就具有加速度 圖象與F軸有截距 平衡摩擦力時長木板

5、的傾角過小，或未平衡摩擦力。只有當(dāng)F增加到一定值，小車才獲得加速度 如圖是某些同學(xué)根據(jù)實驗數(shù)據(jù)畫出的圖形，下列說法中正確的是 A．形成圖（甲）的原因是平衡摩擦力時長木板傾角過小 B．形成圖（乙）的原因是平衡摩擦力時長木板傾角過大 C．形成圖（丙）的原因是平衡摩擦力時長木板傾角過大 D．形成圖（?。┑脑蚴瞧胶饽Σ亮r長木板傾角過小 在“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”實驗中，某同學(xué)使用了如圖1所示的裝置，打點計時器使用的交流電頻率為50 Hz。 （1）該同學(xué)得到一條紙帶，在紙帶上取連續(xù)的六個點，如圖2所示，自A點起，相鄰兩點的距離分別為10.1 mm、12.0 mm、14.1

6、 mm、16.0 mm、18.0 mm，則打E點時小車速度為______m/s，小車的加速度為______ m/s2（結(jié)果保留一位小數(shù)）。 （2）該同學(xué)要探究小車的加速度a和質(zhì)量M的關(guān)系，應(yīng)該保持______；若該同學(xué)要探究加速度a和拉力F關(guān)系，應(yīng)該保持______不變； （3）該同學(xué)通過數(shù)據(jù)的處理作出了a?F圖象，如圖3所示，則圖中直線不過原點的原因可能是______。 某同學(xué)用如圖所示的裝置做“探究加速度與力的關(guān)系”的實驗：小車擱置在水平放置的長木板上，紙帶連接車尾并穿過打點計時器，用來測定小車的加速度a，小桶通過細(xì)線對小車施拉力F。在保持小車質(zhì)量不變的情況下，改變對小車?yán)的

7、大小，測得小車所受拉力F和加速度a的數(shù)據(jù)如下表： （1）根據(jù)測得的數(shù)據(jù)，在上圖中作出a－F圖象。 （2）由圖象可知，小車與長木板之間的最大靜摩擦力大小為_________N。 （3）若要使作出的a－F圖線過坐標(biāo)原點，需要調(diào)整實驗裝置，可采取以下措施中的_______。 A．增加小車的質(zhì)量 B．減小小車的質(zhì)量 C．適當(dāng)墊高長木板的右端 D．適當(dāng)增加小桶內(nèi)砝碼質(zhì)量 如圖甲所示是某同學(xué)探究加速度與力的關(guān)系的實驗裝置。他在氣墊導(dǎo)軌上安裝了一個光電門B，在滑塊上固定一遮光條，滑塊用細(xì)線繞過氣墊導(dǎo)軌左端的定滑輪與

8、力傳感器相連（力傳感器可測得細(xì)線上的拉力大小），力傳感器下方懸掛鉤碼，每次滑塊都從A處由靜止釋放。 （1）該同學(xué)用游標(biāo)卡尺測量遮光條的寬度d，如圖乙所示，則d＝______mm。 （2）下列不必要的一項實驗要求是______。 A．將氣墊導(dǎo)軌調(diào)節(jié)水平 B．使A位置與光電門間的距離適當(dāng)大些 C．使細(xì)線與氣墊導(dǎo)軌平行 D．使滑塊質(zhì)量遠(yuǎn)大于鉤碼和力傳感器的總質(zhì)量 （3）實驗時，將滑塊從A位置由靜止釋放，由數(shù)字計時器讀出遮光條通過光電門B的時間t，測量出滑塊在A位置時遮光條到光電門的距離x，則滑塊的加速度a=__________。 為了測量兩個質(zhì)量不等的沙袋的質(zhì)量，由于沒有直接

9、測量工具，某實驗小組應(yīng)用下列器材測量：輕質(zhì)定滑輪（質(zhì)量和摩擦可忽略）、砝碼一套（總質(zhì)量為m＝0.5 kg）、細(xì)線、米尺、秒表，他們根據(jù)已學(xué)過的物理學(xué)知識，改變實驗條件進行多次測量，選擇合適的變量得到線性關(guān)系，作出圖線并根據(jù)圖線的斜率和截距求出沙袋的質(zhì)量。操作如下：g=10 m/s2。 （1）實驗裝置如圖，設(shè)左右兩邊沙袋的質(zhì)量分別為m1、m2； （2）從m中取出質(zhì)量為m′的砝碼放在右邊沙袋中，剩余砝碼都放在左邊沙袋中，發(fā)現(xiàn)m1下降m2上升； （3）用米尺測出沙袋m1從靜止下降的距離h，用秒表測出沙袋m1下降時間t，則可知沙袋的加速度大小為a＝________。 （4）改變m′，測量相應(yīng)的

10、加速度a，得到多組m′及a的數(shù)據(jù)，作出___________（選填“a~m′”或“a~1/m′”）圖線； （5）若求得圖線的斜率k＝4 m/kg·s2，截距b＝2 m/s2，沙袋的質(zhì)量m1＝________kg，m2＝________kg。 某同學(xué)設(shè)計了如圖所示的裝置來探究加速度與力的關(guān)系。彈簧秤固定在一合適的木板上，桌面的右邊緣固定一支表面光滑的鉛筆以代替定滑輪，細(xì)繩的兩端分別與彈簧秤的掛鉤和礦泉水瓶連接。在桌面上畫出兩條平行線MN、PQ，并測出間距d。開始時讓木板置于MN處，現(xiàn)緩慢向瓶中加水，直到木板剛剛開始運動為止，記下彈簧秤的示數(shù)，以此表示滑動摩擦力的大小。再將木板放回原處并按

11、住，繼續(xù)向瓶中加水后，記下彈簧秤的示數(shù)，然后釋放木板，并用秒表記下木板運動到PQ處的時間t。 （1）木板的加速度可以用d、t表示為a=________； （2）改變瓶中水的質(zhì)量重復(fù)實驗，確定加速度a與彈簧秤示數(shù)的關(guān)系。下列圖象能表示該同學(xué)實驗結(jié)果的是__________； （3）用加水的方法改變拉力的大小與掛鉤碼的方法相比，它的優(yōu)點是_______。 A．可以更方便地獲取多組實驗數(shù)據(jù) B．可以改變滑動摩擦力的大小 C．可以比較精確地測出滑動摩擦力的大小 D．可以獲得更大的加速度以提高實驗精度 如圖所示，為“驗證牛頓第二定律”的實驗裝置示意圖。砂和砂桶的總質(zhì)量為m，小車

12、和砝碼的總質(zhì)量為M，實驗中用砂和砂桶總重力的大小作為細(xì)線對小車?yán)Φ拇笮　? （1）實驗中，為了使細(xì)線對小車的拉力等于小車所受的合外力，先調(diào)節(jié)長木板一端滑輪的高度，使細(xì)線與長木板平行。接下來還需要進行的一項操作是________。 A．將長木板水平放置，讓小車連著已經(jīng)穿過打點計時器的紙帶，給打點計時器通電，調(diào)節(jié)m的大小，使小車在砂和砂桶的牽引下運動，從打出的紙帶判斷小車是否做勻速運動 B．將長木板的一端墊起適當(dāng)?shù)母叨龋屝≤囘B著已經(jīng)穿過打點計時器的紙帶，撤去砂和砂桶，給打點計時器通電，輕推小車，從打出的紙帶判斷小車是否做勻速運動 C．將長木板的一端墊起適當(dāng)?shù)母叨?，撤去紙帶以及砂和砂?/p>

13、，輕推小車，觀察判斷小車是否做勻速運動 （2）實驗中要進行質(zhì)量m和M的選取，以下最合理的一組是________。 A．M=200 g，m=10 g、15 g、20 g、25 g、30 g、40 g B．M=200 g，m=20 g、40 g、60 g、80 g、100 g、120 g C．M=400 g，m=10 g、15 g、20 g、25 g、30 g、40 g D．M=400 g，m=20 g、40 g、60 g、80 g、100 g、120 g （3）如圖是實驗中得到的一條紙帶，A、B、C、D、E、F、G為7個相鄰的計數(shù)點，相鄰的兩個計數(shù)點之間還有四個點未畫出。量出相鄰的計

14、數(shù)點之間的距離分別為：xAB=4.22 cm、xBC=4.65 cm、xCD=5.08 cm、xDE=5.49 cm，xEF=5.91 cm，xFG=6.34 cm。已知打點計時器的工作頻率為50 Hz，則打D點小車的速度_______，小車的加速度a=___m/s2。（結(jié)果保留二位有效數(shù)字） 【參考答案】 【點睛】a–F圖象時縱軸有截距是平衡摩擦力時長木板傾角過大，橫軸有截距是平衡摩擦力時長木板傾角過??；a?1/M圖象縱軸有截距是平衡摩擦力時長木板傾角過大，橫軸有截距是平衡摩擦力時長木板傾角過小。 （3）圖中當(dāng)時，，也就是說當(dāng)繩子上沒有拉力時，小車的加速度不為0，說明小車的

15、摩擦力小于重力的分力，所以原因是平衡摩擦力過度即木板傾斜過度。 【點睛】實驗問題需要結(jié)合物理規(guī)律去解決，對于實驗我們要清楚每一項操作存在的理由。其中平衡摩擦力的原因以及做法在實驗中應(yīng)當(dāng)清楚，數(shù)據(jù)處理時注意單位的換算。 （1）如圖所示 （2）0.10 （3）C （1）在圖象中根據(jù)所給的數(shù)據(jù)描點，然后用一條直線連接這些點（連接時要讓盡可能多得點落在直線上，讓其他的點盡可能分布在直線的兩側(cè)）； （2）當(dāng)拉力大于等于最大靜摩擦?xí)r，物體開始運動，由（1）問所得圖象可知，當(dāng)拉力等于時物體開始運動，故最大靜摩擦力為； （3）若要使作出的圖線過坐標(biāo)原點，即繩子的拉力就等于小車所受的合外力，故

16、需要平衡摩擦力，其方法是適當(dāng)墊高長木板的右端，故C正確。 【點睛】只要真正掌握了實驗原理就能順利解決此類實驗題目，而實驗步驟，實驗數(shù)據(jù)的處理都與實驗原理有關(guān)，故要加強對實驗原理的學(xué)習(xí)和掌握。 （1）2.25 （2）D （3） （1）游標(biāo)卡尺的主尺讀數(shù)為2 mm，游標(biāo)讀數(shù)為0.05×5 mm=0.25 mm，所以最終讀數(shù)d=2 mm+0.25 mm=2.25 mm； （2）A．應(yīng)將氣墊導(dǎo)軌調(diào)節(jié)水平，使拉力才等于合力，故A必要；B．應(yīng)使A位置與光電門間的距離適當(dāng)大些，有利于減小誤差，故B必要；C．要保持拉線方向與木板平面平行，拉力才等于合力，故C必要；D．拉力是直接通過傳感器測量的，故

17、與小車質(zhì)量和鉤碼質(zhì)量大小關(guān)系無關(guān)，故D不需要；故選D。 （3）實驗時，將滑塊從A位置由靜止釋放，由數(shù)字計時器讀出遮光條通過光電門B的時間t，滑塊經(jīng)過光電門時的瞬時速度可近似認(rèn)為是滑塊經(jīng)過光電門的平均速度，，根據(jù)v2=2ax得，滑塊的加速度。 【點睛】游標(biāo)卡尺讀數(shù)結(jié)果等于固定刻度讀數(shù)加上可動刻度讀數(shù)，不需要估讀；拉力是直接通過傳感器測量的，與小車質(zhì)量和鉤碼質(zhì)量大小關(guān)系無關(guān)。滑塊經(jīng)過光電門時的瞬時速度可近似認(rèn)為是滑塊經(jīng)過光電門的平均速度，根據(jù)運動學(xué)公式求解加速度。 得知：作出a~m′圖線；圖線斜率，截距，將m=0.5 kg，g=10 m/s2，k=4 m/kg·s2，b=2 m/s2，代入解

18、得：。 （1） （2）C （3）AC （1）根據(jù)運動學(xué)位移與時間關(guān)系可得：，解得：； （2）由題意可知，木板受到的滑動摩擦力為：，把木板和礦泉水瓶看成一個系統(tǒng)，令m為礦泉水瓶的質(zhì)量，M為木板的質(zhì)量。根據(jù)牛頓第二定律可得：，聯(lián)立解得：，根據(jù)函數(shù)斜率和截距的概念可知，隨著礦泉水質(zhì)量m增大，圖象的斜率逐漸減小，故C圖正確。 （3）由于水與砝碼相比能任意改變，所以它的優(yōu)點是可以更方便地獲取多組數(shù)據(jù)，故A正確；由于木板受到的摩擦力與礦泉水的質(zhì)量無關(guān)，故B錯誤；由于水的多少可以任意變化，可以比較精確地測出木板所受摩擦力的大小，故C正確；由于加速度越大需要水的質(zhì)量越大，而水的質(zhì)量越大時圖象的斜率越小，實驗的精確度會越小，故D錯誤。所以AC正確，BD錯誤。 （3）相鄰的兩個計數(shù)點之間還有四個點未畫出，相鄰的計數(shù)點時間間隔為，根據(jù)勻變速直線運動的中間時刻推論可得；利用勻變速直線運動的推論，得：，為了更加準(zhǔn)確地求解加速度，我們對三個加速度取平均值得：。