（福建专）高考物理一轮复习 第五课时实验验证牛顿运动定律课时训练

第课时实验:验证牛顿运动定律【测控导航】知识点题号1.实验原理、注意事项、器材、步骤12.实验数据处理与误差分析2、43.实验创新3、51.关于“验证牛顿第二定律”实验中验证“作用力一定时,加速度与质量成反比”的实验过程,以下做法中正确的是B.(填选项前的字母)

A.平衡摩擦力时,应将装沙的小桶用细绳通过定滑轮系在小车上B.每次改变小车的质量时,不需要重新平衡摩擦力C.实验时,先放开小车,再接通电源D.可以利用天平测出沙桶和沙的质量m和小车的质量M,直接用公式a=mgM解析:平衡摩擦力时,使小车的重力沿斜面向下的分力与小车运动所受摩擦力平衡,所以不能将小桶系在小车上,A错误.平衡摩擦力后,小车和板间的动摩擦因数μ=tanα,与小车的质量无关,所以改变小车的质量时,不需要重新平衡摩擦力,B正确.实验时,应先接通电源,待打点稳定后,放开小车,C错误.本实验是探究作用力一定时,加速度与质量成反比,不能直接用公式a=mgM2.(年大纲全国卷节选)图(甲)为验证牛顿第二定律的实验装置示意图.图中打点计时器的电源为50Hz的交流电源,打点的时间间隔用Δt表示.在小车质量未知的情况下,某同学设计了一种方法用来探究“在外力一定的条件下,物体的加速度与其质量间的关系”.(1)完成下列实验步骤中的填空:①平衡小车所受的阻力:小吊盘中不放物块,调整木板右端的高度,用手轻拨小车,直到打点计时器打出一系列的点.

②按住小车,在小吊盘中放入适当质量的物块,在小车中放入砝码.③打开打点计时器电源,释放小车,获得带有点列的纸带,在纸带上标出小车中砝码的质量m.④按住小车,改变小车中砝码的质量,重复步骤③.⑤在每条纸带上清晰的部分,每5个间隔标注一个计数点.测量相邻计数点的间距s1、s2、…求出与不同m相对应的加速度a.⑥以砝码的质量m为横坐标,1a为纵坐标,在坐标纸上作出1am关系图线.若加速度与小车和砝码的总质量成反比,则1a与m应成关系(填“线性”或“非线性”).(2)图(乙)为所得实验图线的示意图.设图中直线的斜率为k,在纵轴上的截距为b,若牛顿定律成立,则小车受到的拉力为,小车的质量为.

解析:(1)平衡阻力的过程要求给定小车一个速度后,小车做匀速直线运动,所以直到打点计时器打出一系列间距相等的点,则表明小车做匀速直线运动.若加速度与小车和砝码的总质量成反比,则1a(2)若牛顿定律成立则应满足F=(M+m)a,可知1a=1Fm+1FM,由题可知:k=1F则小车受到的拉力F=1k,得小车的质量M=b答案:(1)①间距相等⑥线性(2)1k3.某同学为验证牛顿第二定律中“力与加速度”的关系,采用光电门系统来代替位移和时间测量工具,实验装置如图所示.光滑导轨水平放置,细线绕过可转动的圆形光栅连接小车与重物(重物质量远小于小车质量),挡板可以在小车到达的时候使小车停下并粘住.光电门在每次有红外线通过光栅时会记下1次信号,如图所示,圆形光栅每转过1圈将会记下10次信号.不计一切摩擦,每次都将小车静止释放,在小车停止后,记下重物质量m、信号次数n、小车运动时间t.(1)小车经过的位移s与光电门记下的信号次数n的关系应是.

A.s∝n B.s∝1C.s∝n2 D.s∝1(2)若实验后得到了下表所示的数据,试分析,运动时间t3应约为.

重物质量m信号次数n运动时间t(s)m0402.002m0601.733m070t3解析:(1)小车经过的位移大小等于相同时间里圆形光栅转动通过的弧长,设相邻两光栅的距离为L,由关系可得:s=nL,A正确.(2)重物质量远小于小车质量,可近似认为细线拉力F等于重物重量,设小车质量为M,可得:F=mg,s=12at2联立可得:t2∝nm由表格数据可得t3应约为1.53(或73答案:(1)A(2)1.53(或734.(福建师大附中模拟)如图所示为“用DIS(位移传感器、数据采集器、计算机)研究加速度和力的关系”的实验装置.(1)在该实验中必须采用控制变量法,应保持不变,用钩码所受的重力作为,用DIS测小车的加速度.

(2)改变所挂钩码的数量,多次重复测量.在某次实验中根据测得的多组数据可画出aF关系图线(如图所示).①分析此图线的OA段可得出的实验结论是

.

②此图线的AB段明显偏离直线,造成此误差的主要原因是.(填选项前字母)

A.小车与轨道之间存在摩擦B.导轨保持了水平状态C.所挂钩码的总质量太大D.所用小车的质量太大解析:(1)在研究加速度与力的关系时必须保持小车质量不变,才能找出二者的关系.(2)①OA段在实验的允许范围内,图线是一条直线,因此可得出a与F成正比的关系.②由实验的原理a=m钩gM车+m钩=答案:(1)小车的总质量(或小车的质量)小车所受外力(2)①在质量不变的条件下,加速度与合力成正比②C5.某同学设计了如图所示的装置来探究加速度与力的关系.弹簧秤固定在一合适的木板上,桌面的右边缘固定一支表面光滑的铅笔以代替定滑轮,细绳的两端分别与弹簧秤的挂钩和矿泉水瓶连接.在桌面上画出两条平行线MN、PQ,并测出间距d.开始时将木板置于MN处,现缓慢向瓶中加水,直到木板刚刚开始运动为止,记下弹簧秤的示数F0,以此表示滑动摩擦力的大小.再将木板放回原处并按住,继续向瓶中加水后,记下弹簧秤的示数F1,然后释放木板,并用秒表记下木板运动到PQ处的时间t.(1)木板的加速度可以用d、t表示为a=;为了减小测量加速度的偶然误差可以采用的方法是(一种即可).

(2)改变瓶中水的质量重复实验,确定加速度a与弹簧秤示数F1的关系.下列图象能表示该同学实验结果的是.(填选项前的字母)

(3)用加水的方法改变拉力的大小与挂钩码的方法相比,它的优点是.(填选项前的字母)

①可以改变滑动摩擦力的大小②可以更方便地获取多组实验数据③可以比较精确地测出摩擦力的大小④可以获得更大的加速度以提高实验精度A.①② B.②③C.①③ D.②④解析:(1)由d=12at2,得a=2dt2;为了减小测量误差,注意细线与桌面保持平行(或保持F1不变,重复实验多次测量d、t,取平均值).(2)设木板及弹簧秤质量为m,当瓶中水质量m1较小时(m1≪m),可认为有F1-F0=ma,得a=F1-