2025届高考物理一轮复习课时作业14验证牛顿运动定律含解析鲁科版

PAGEPAGE8课时作业14试验：验证牛顿运动定律时间：45分钟1．如图是某同学用来探究“小车的加速度与外力关系”的试验装置，轨道上的B点固定一光电门，平衡摩擦力后将连接小车的细线跨过滑轮系住小钩码，在A点释放小车，测出小车上挡光片通过光电门的时间为Δt.(1)若挡光片的宽度为d，挡光片前端距光电门的距离为L，则小车的加速度a＝eq\f(d2,2LΔt2).(2)在该试验中，下列操作中正确的是(BC)A．要用天平称量小车质量B．每次变更钩码，都不须要测量其质量(或重力)C．调整滑轮的高度，使细线与轨道平行D．每次小车从A点动身允许有不同的初速度解析：(1)依据匀变速公式，v2＝2aL，其中v＝eq\f(d,Δt)，解得a＝eq\f(d2,2LΔt2).(2)试验探究“小车的加速度与外力关系”不须要称量小车质量，A选项错误；试验装置有拉力传感器，不须要测量钩码质量(或重力)，B选项正确；试验要求拉力为小车所受合力，细线应与轨道平行，C选项正确；每次小车释放速度应当为零，D选项错误．2．用图甲所示装置探究物体的加速度与力的关系，试验时保持小车(含车中重物)的质量M不变，将细线下端悬挂钩码的总重力作为小车受到的合力F，用打点计时器打出的纸带计算出小车运动的加速度a.(1)关于试验操作，下列说法正确的是A.A．试验前应调整滑轮高度，使滑轮和小车间的细线与木板平行B．平衡摩擦力时，在细线下端悬挂钩码，使小车在细线的拉力作用下能匀速下滑C．每次变更小车所受的拉力后都要重新平衡摩擦力D．试验时应先释放小车，后接通打点计时器电源(2)图乙为试验中打出纸带的一部分，从比较清楚的点迹起，在纸带上标出连续的5个计数点A、B、C、D、E，相邻两个计数点之间都有4个点迹未标出，测出各计数点到A点的距离．已知所用电源的频率为50Hz，打B点时小车的速度vB＝0.32m/s，小车的加速度a＝0.93m/s(3)变更细线下端钩码的个数，得到a­F图象如图丙所示，造成图线上端弯曲的缘由可能是随所挂钩码质量m的增大，不能满意M≫m.解析：(1)调整滑轮的高度，使牵引木块的细绳与长木板保持平行，否则拉力不会等于合力，故A正确；在调整木板倾斜程度以平衡木块受到的滑动摩擦力时，不应悬挂钩码，故B错误；由于平衡摩擦力之后有Mgsinθ＝μMgcosθ，故tanθ＝μ，所以无论小车的质量是否变更，小车所受的摩擦力都等于小车的重力沿斜面的分力，变更小车所受的拉力后，不须要重新平衡摩擦力，故C错误；试验起先时先接通打点计时器的电源待其平稳工作后再释放木块，而当试验结束时应先限制小车停下再关闭打点计时器，D错误．(2)已知打点计时器电源频率为50Hz，则纸带上相邻计数点间的时间间隔T＝5×0.02s＝0.10s．依据Δx＝aT2可得xCE－xAC＝a(2T)2，小车运动的加速度为a＝eq\f(xCE－xAC,4T2)＝0.93m/s2，打B点时小车的速度vB＝eq\f(xAC,2T)＝0.32m/s.(3)随着力F的增大，即随所挂钩码质量m的增大，不能满意M≫m，因此曲线上部出现弯曲．3.为了探究质量肯定时加速度与力的关系．一同学设计了如图甲所示的试验装置，其中M为小车的质量，m为钩码的质量．(1)为了保证力传感器的读数为小车所受的合外力，关于试验操作须要进行的是AC.A．在未挂钩码时，将木板的右端垫高以平衡摩擦力B．在悬挂钩码后，将木板的右端垫高以平衡摩擦力C．调整木板左端定滑轮的高度，使牵引小车的细绳与木板平面平行D．所挂钩码的质量尽量小一些(2)如图乙为某次试验得到的一段纸带，计数点A、B、C、D、E间相邻两点的时间间隔为0.1s．由图中可读出A、E两点间的距离为6.50cm.依据纸带可求出小车的加速度大小为0.43m/s(3)假如在试验中，木板保持水平，小车的质量M不变，变更钩码的质量m，重复进行多次试验．登记每次力传感器的示数F，计算出每次试验中小车的加速度a，将得到的a、F数据绘制成a­F图象，以下图象可能的是A.解析：(1)为了保证力传感器的读数为小车所受的合外力，试验操作须要平衡摩擦力，即在未挂钩码时，将木板的右端垫高以平衡摩擦力，选项A正确，B错误；同时要调整木板左端定滑轮的高度，使牵引小车的细绳与木板平面平行，选项C正确；因有传感器测量拉力的大小，所以不须要所挂钩码的质量尽量小，选项D错误．(2)由题图乙中可读出A、E两点间的距离为6.50cm.依据Δx＝aT2，其中T＝0.1s，可求出小车的加速度大小为a＝eq\f(xCE－xAC,2T2)＝0.43m/s2.(3)木板保持水平，则有摩擦力没有被平衡，依据牛顿其次定律，有F－f＝Ma，则a＝eq\f(1,M)F－eq\f(f,M)，A正确．4．某试验小组调试如图1所示的装置打算探究加速度与力的关系．已知小车的质量为M，砝码及砝码盘的总质量为m，打点计时器所接的沟通电的频率为50Hz.(1)试验步骤如下：①按图1所示，安装好试验装置，其中动滑轮与定滑轮及弹簧测力计相连的细线竖直；②不挂砝码和砝码盘的状况下，调整长木板的倾角，轻推小车后，使小车能沿长木板向下匀速运动，其目的是平衡摩擦力；③挂上砝码盘，接通电源后，再放开小车，打出一条纸带，由纸带求出小车的加速度；④变更砝码盘中砝码的质量，重复步骤③，求得小车在不同合力作用下的加速度；⑤弹簧测力计的读数为F，则小车所受合外力大小为F.(2)试验过程中，关于砝码及砝码盘的总质量m与小车的质量M的关系，下列说法正确的是C.A．M必需远大于m B．M必需远小于mC．M可以不用远大于m D．M必需等于m(3)试验中打出的一条纸带如图2所示，则由该纸带可求得小车的加速度为0.15m/s2解析：(1)②小车可以沿长木板匀速下滑，说明摩擦力与小车重力沿长木板方向的分力相等；⑤小车已平衡摩擦力，所受细线拉力即为小车所受合外力，而弹簧测力计干脆测量细线拉力，故其读数F等于小车所受合外力．(2)由(1)的分析可知，弹簧测力计的读数即为小车所受合外力，故C正确．(3)依据公式Δx＝at2可知，(0.0751－0.0721)m＝2a(5T)2，解得a＝0.15m/s25．如图甲所示，质量为m的滑块A放在气垫导轨上，B为位移传感器，它能将滑块A到传感器B的距离数据实时传送到计算机上，经计算机处理后在屏幕上显示滑块A的速率—时间(v­t)图象．整个装置置于高度h可调整的斜面上，斜面长度为l.(1)现给滑块A沿气垫导轨向上的初速度，其v­t图象如图乙所示．从图线可得滑块A上滑时的加速度大小a＝3m/s2(2)若用此装置来验证牛顿其次定律，通过变更滑块的质量及斜面的高度，且使mh不变，可验证力肯定时，加速度与质量成反比的关系；通过变更高度h，可验证质量肯定时，加速度与力成正比的关系(重力加速度g的值不变)．解析：(1)在v­t图象中斜率代表加速度，故a＝eq\f(Δv,Δt)＝eq\f(1.5－0,0.5)m/s2＝3m/s2.(2)牛顿其次定律探讨的是加速度与合外力、质量的关系．当质量肯定时，可以变更力的大小，当斜面高度不同时，滑块受到的力不同，可以探究加速度与合外力的关系．由于滑块下滑加速的力是由重力沿斜面对下的分力供应，所以要保证重力沿斜面对下的分力不变，应当使mg·eq\f(h,l)不变，所以应当调整滑块的质量及斜面的高度，且使mh不变，通过变更高度h，可验证质量肯定时，加速度与力成正比的关系．6．英国科学家阿特伍德曾经设计了一个装置验证牛顿其次定律，在跨过光滑定滑轮的轻绳两端悬挂质量均为M的物块，在一物块上附加另一质量为m的物块，系统无初速度释放后起先加速运动．附加物块运动至挡板后自动脱离，此后系统匀速运动，测得此速度即可求出系统加速过程的加速度．如图a所示，某同学改进了该装置，将系统从附加物块距离挡板高h处无初速度释放，附加物块脱离后，测出物块下端的遮光片通过光电门的时间t.(1)用游标卡尺测量该遮光片的宽度d，如图b所示，则d＝0.560cm(2)系统加速运动的加速度a＝eq\f(d2,2ht2)(用d、h、t表示)．(3)为了验证牛顿其次定律，在试验误差允许范围内，应有如下关系：mg＝(m＋2M)eq\f(d2,2ht2).(已知重力加速度为g)解析：(1)依据游标卡尺的读数规则，该遮光片的宽度d＝5mm＋12×0.05mm＝5.60mm＝0.560cm.(2)系统从附加物块距离挡板高h处无初速度释放，附加物块脱离后，测出物块下端的遮光片通过光电门的时间t，其速度v＝eq\f(d,t).由匀变速直线运动规律v2＝2ah，解得a＝eq\f(d2,2ht2).(3)对系统，若有mg＝(m＋2M)a，即可验证牛顿其次定律，则在试验误差允许范围内，应有mg＝(m＋2M)eq\f(d2,2ht2).7．某同学利用图(a)所示的装置测定滑块与桌面间的动摩擦因数．试验中，钩码通过轻绳拉着滑块在水平桌面上做直线运动，钩码着地后滑块接着运动，打点计时器在纸带上打下一系列的点．取钩码着地后滑块接着运动过程中对应的一段纸带，用刻度尺测出纸带上部分相邻计时点的间距如图(b)．已知打点计时器所接沟通电源的频率为50Hz，当地的重力加速度为9.80m/s2.回答下列问题：(1)打点时纸带的B(选填“A”或“B”)端靠近滑块．(2)滑块与桌面间的动摩擦因数为0.255.(结果保留3位有效数字)(3)由试验测定的动摩擦因数大于(选填“大于”“等于”或“小于”)真实值．解析：(1)滑块先做匀加速运动，在钩码着地后做匀减速运动，在匀减速运动过程中，相同时间内两点间距离越来越小，故B端靠近滑块．(2)利用逐差法计算：a＝eq\f(1.30＋1.41×10－2－1.10＋1.21×10－2,2×2×0.022)m/s2＝2.50m/s2，钩码着地后滑块主要受滑动摩擦力而减速，由牛顿其次定律得μmg＝ma，故滑块与桌面间的动摩擦因数为μ＝eq\f(a,g)＝eq\f(2.50,9.80)＝0.255.(3)滑块做匀减速运动时，除了受到桌面的摩擦力外，还受到纸带的阻力f纸，由μ真mg＋f纸＝ma知，μ>μ真，即测定的动摩擦因数大于真实值．8.某同学利用如图所示的试验装置来测量重力加速度g.细绳跨过固定在铁架台上的轻质滑轮，两端各悬挂一只质量为M的重锤．试验操作如下：①用米尺量出重锤1底端距地面的高度H；②在重锤1上加上质量为m的小钩码；③左手将重锤2压在地面上，保持系统静止．释放重锤2，同时右手开启秒表，在重锤1落地时停止计时，记录下落时间；④重复测量3次下落时间，取其平均值作为测量值t.请回答下列问题：(1)步骤④可以减小对下落时间t测量的偶然(选填“偶然”或“系统”)误差．(2)试验要求小钩码的质量m要比重锤的质量M小许多，主要是为了B.A．使H测得更精确B．使重锤1下落的时间长一些C．使系统的总质量近似等于2D．使细绳的拉力与小钩码的重力近似相等(3)滑轮的摩擦阻力会引起试验误差．现供应一些橡皮泥用于减小该误差，可以怎么做？在重锤1上粘上橡皮泥，调整橡皮泥质量直至轻拉重锤1能视察到其匀速下落．(4)运用橡皮泥改进试验后，重新进行试验测量，并测出所用橡皮泥的质量为m0.用试验中的测量量和已知量表示g，得g＝eq\f(22M＋m＋m0H,mt2).解析：(1)对同一物理量多次测量取平均值的目的是减小偶然误差．(2)设系统运动的加速度为a，则依据牛顿