2021高考物理一轮复习 实验四 验证牛顿运动定律高效演练（含解析）.doc

实验四验证牛顿运动定律1.某同学利用如图装置探究加速度与合外力的关系。利用力传感器测量细线上的拉力。按照如下步骤操作:①安装好打点计时器和纸带,调整木板的倾斜程度,平衡小车摩擦力;②细线通过木板一端光滑的定滑轮和动滑轮,与力传感器相连,动滑轮上挂上一定质量的钩码,将小车拉到靠近打点计时器的一端;③打开力传感器并接通打点计时器的电源(频率为50Hz的交流电源);④释放小车,使小车在木板上做匀加速直线运动;⑤关闭传感器,记录下力传感器的示数F。通过分析纸带得到小车加速度a;⑥改变钩码的质量,更换纸带,重复步骤②③④⑤;⑦作出a-F图象,得到实验结论。(1)本实验在操作中是否要满足钩码的质量远远小于小车的质量?__________(选填“需要”或“不需要”);某次释放小车后,力传感器示数为F,通过天平测得小车的质量为M,动滑轮和钩码的总质量为m,不计滑轮的摩擦,则小车的加速度理论上应等于____________。A.a=B.a=C.a=D.a=(2)如图是某次实验测得的纸带的一段,可以判断纸带的________(选填“左”或“右”)端与小车连接,在打点计时器打下计时点6时,钩码的瞬时速度大小为______m/s。(保留两位有效数字)【解析】(1)本实验利用力传感器测量细线上的拉力,不需要用钩码的重力代替,所以不需要满足钩码的质量远远小于小车的质量,根据牛顿第二定律得:a=,故B正确。(2)纸带右侧两点间的距离越来越大,故左端与小车相连,瞬时速度为点5到7的平均速度,故v=m/s=0.75m/s。答案:(1)不需要B(2)左0.75【加固训练】两实验小组分别做“探究加速度和力、质量的关系”实验。(1)A组用如图甲所示装置做实验,图中带滑轮的长木板放置于水平桌面上,拉力传感器可直接显示所受拉力的大小。做实验时,下列操作必要且正确的是__________。A.将长木板右端适当垫高,使小车能自由匀速下滑B.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,同时记录传感器的示数C.为了减小误差,实验中一定要保证砂和砂桶的质量远小于小车的质量D.用天平测出砂和砂桶的质量(2)B组用如图乙所示的实验装置来做实验。①在正确、规范的操作中,打出一条如图丙所示的纸带,每两个计数点之间还有四个计时点没有画出来,纸带上的数字为相邻两个计数点间的距离,打点计时器的频率为50Hz。打第4个计数点时小车的速度v4=__________m/s;小车做匀加速直线运动的加速度a=__________m/s2。(保留三位有效数字)②平衡了摩擦力后,在小车质量M保持不变的情况下,不断往砂桶里加砂,直到砂的质量最终达到M。测出每次加砂后,砂和砂桶的总重力F和小车的加速度a,作a-F的图象。下列图线正确的是__________。【解析】(1)实验前要平衡摩擦力,将长木板右端适当垫高,使小车能自由匀速下滑,选项A正确;为有效利用纸带,小车应靠近打点计时器,先接通电源,再释放小车,打出一条纸带,同时记录传感器的示数,选项B正确;绳子的拉力可以由拉力传感器读出,实验中不需要保证砂和砂桶的质量远小于小车的质量,不需要用天平测出砂和砂桶的质量,选项C、D错误。(2)①每两个计数点之间还有四个计时点没有画出来,因此相邻两计数点间的时间间隔为T=0.1s,打计数点4时小车的瞬时速度等于计数点3～5间的平均速度,则有:v4=m/s=1.21m/s;根据Δx=aT2,解得a=m/s2≈2.02m/s2。②平衡了摩擦力后,对小车有:T=Ma,对砂和砂桶有:mg-T=ma,联立可得:a=。若满足m≪M,则有a==,即a-F的图象为直线,当砂和砂桶的质量较大时,不再满足m≪M这一条件,此情况下按相同方式描点的图象遵循a=规律,随着砂的质量的增加,a-F的图象的斜率为k=将减小,所以图线将向下弯曲。答案:(1)A、B(2)①1.212.02②C2.某同学设计了一个如图甲所示的装置来测定滑块与水平木板间的动摩擦因数,其中A为滑块,B和C是钩码,个数可调。A的左端与穿过打点计时器的纸带相连(未画出),通过打点计时器打出的纸带测出系统的加速度。实验中该同学在钩码总质量(m+m′=m0)保持不变的条件下,多次改变B和C的个数,重复测量。不计细线和滑轮的质量及它们之间的摩擦。(1)实验中除电磁打点计时器、纸带、若干个质量均为50g的钩码、滑块、一端带有定滑轮的长木板、细线外,为了完成本实验,还应有()A.秒表B.毫米刻度尺C.天平D.低压交流电源(2)实验中该同学得到一条较为理想的纸带,如图乙所示。现从清晰的O点开始,每隔4个点取一计数点(中间4个点没画出),分别记为A、B、C、D、E、F。测得各计数点到O点的距离分别为OA=1.61cm,OB=4.02cm,OC=7.26cm,OD=11.30cm,O