2021版高考物理一轮复习实验四验证牛顿运动定律典型例题含解析.doc

-6-验证牛顿运动定律典型例题热点一实验原理与操作【典例1】(2019·烟台模拟)探究加速度与物体质量、物体受力的关系的实验中某同学用如图甲所示装置进行实验打点计时器所用电源的频率为50Hz重物通过跨过滑轮的细线与小车相连。(1)该同学在实验中打出了一条纸带纸带上A、B、C、D、E这些点的间距如图乙所示其中每相邻两点间还有4个计时点未画出。根据测量结果计算:①打C点时纸带的速度大小为__________m/s;②纸带运动的加速度大小为__________m/s2(结果保留3位有效数字)。(2)若该同学平衡好摩擦力后将5个相同的砝码都放在小车上然后每次从小车上取一个砝码添加到砝码盘中测量小车的加速度根据小车的加速度a与砝码盘中砝码总重力F的实验数据作出的a-F图线来探究加速度与合外力的关系此实验操作__________(选填“能”或“不能”)探究加速度与质量的关系。【解析】(1)每相邻两点间还有4个点(图中未画)所以相邻的计数点间的时间间隔T=0.1s根据匀变速直线运动中时间中点的速度等于该过程中的平均速度得:vC==m/s=0.479m/s根据匀变速直线运动的推论公式Δx=aT2可以求出加速度的大小为了更加准确地求解加速度a==m/s2=0.810m/s2(2)要探究加速度与质量的关系必须保证合外力一定即盘中砝码的重力不变所以此操作不能探究加速度与质量的关系。答案:(1)①0.479②0.810(2)不能热点二数据处理与误差分析【典例2】某组同学设计了“探究加速度a与物体所受合力F及质量m的关系”实验。图甲为实验装置简图A为小车B为电火花计时器C为装有细砂的小桶D为一端带有定滑轮的长方形木板实验中认为细绳对小车的拉力F等于细砂和小桶的总重力小车运动的加速度a可用纸带上打出的点求得。(1)图乙为某次实验得到的纸带已知实验所用电源的频率为50Hz。根据纸带可求出电火花计时器打B点时的速度为__________m/s小车的加速度大小为__________m/s2。(结果均保留两位有效数字)(2)在“探究加速度a与质量m的关系”时某同学按照自己的方案将实验数据在坐标系中进行了标注但尚未完成图像(如图丙所示)。请继续帮助该同学作出坐标系中的图像。(3)在“探究加速度a与合力F的关系”时该同学根据实验数据作出了加速度a与合力F的图线如图丁该图线不通过坐标原点试分析图线不通过坐标原点的原因。答:_________________________________________________。【解析】(1)AC这段位移的平均速度等于AC这段时间中间时刻的瞬时速度即B点的瞬时速度故vB==m/s=1.6m/s。由逐差法求解小车的加速度a==m/s2=3.2m/s2。(2)将坐标系中各点连成一条直线连线时应使直线过尽可能多的点不在直线上的点应大致对称地分布在直线的两侧离直线较远的点应视为错误数据不予考虑连线如图所示:(3)图线与横轴有截距说明实验前没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不够。答案:(1)1.63.2(2)见解析(3)实验前没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不够【补偿训练】如图甲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在滑块上固定一遮光条滑块用细线绕过气垫导轨左端的定滑轮与力传感器相连(力传感器可测得细线上的拉力大小)力传感器下方悬挂钩码每次滑块都从A处由静止释放。(1)该同学用游标卡尺测量遮光条的宽度d如图乙所示则d=__________mm。(2)下列不必要的一项实验要求是__________。A.将气垫导轨调节水平B.使A位置与光电门间的距离适当大些C.使细线与气垫导轨平行D.使滑块质量远大于钩码和力传感器的总质量(3)实验时将滑块从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测量出滑块在A位置时遮光条到光电门的距离L则滑块的加速度a=__________。(4)为探究滑块的加速度与力的关系改变钩码质量测出对应的力传感器的示数F和遮光条通过光电门的时间t通过描点要作出它们的线性关系图像处理数据时纵轴为F横轴应为__________。A.tB.t2C.D.【解析】(1)遮光条的宽度d=2.25mm。(2)因有拉力传感器则不需要使滑块质量远大于钩码和力传感器的总质量选D。(3)滑块通过光电门的速度为v=由v2=2aL得a===。(4)由F=ma可知F=m纵轴为F横轴应为选项D正确。答案:(1)2.25(2)D(3)(4)D热点三实验器材和实验原理的创新【典例3】(2019·全国卷Ⅱ)如图(a)某同学设计了测量铁块与木板间动摩擦因数的实验。所用器材有:铁架台、长木板、铁块、米尺、电磁打点计时器、频率50Hz的