2018高中物理第四章牛頓運(yùn)動(dòng)定律4.4創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)揭秘練習(xí)新人教版必修1

PAGEPAGE1創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)揭秘（答題時(shí)間：30分鐘）1.如下圖所示，一端帶有定滑輪的長木板上固定有甲、乙兩個(gè)光電門，與之相連的計(jì)時(shí)器可以顯示帶有遮光片的小車在其間的運(yùn)動(dòng)時(shí)間，與跨過定滑輪的輕質(zhì)細(xì)繩相連的輕質(zhì)測(cè)力計(jì)能顯示掛鉤處所受的拉力，不計(jì)空氣阻力及一切摩擦。（1）在探究“合外力一定時(shí)，加速度與質(zhì)量的關(guān)系”時(shí)，要使測(cè)力計(jì)的示數(shù)等于小車所受合外力，操作中必須滿足________________；要使小車所受合外力一定，操作中必須滿足________________________。實(shí)驗(yàn)時(shí)，先測(cè)出小車質(zhì)量m，再讓小車從靠近光電門甲處由靜止開始運(yùn)動(dòng)，讀出小車在兩光電門之間的運(yùn)動(dòng)時(shí)間t，改變小車質(zhì)量m，測(cè)得多組m、t的值，建立坐標(biāo)系描點(diǎn)作出圖線。下列能直觀得出“合外力一定時(shí)，加速度與質(zhì)量成反比”的圖線是________。（2）如下圖甲所示，抬高長木板的左端，使小車從靠近光電門乙處由靜止開始運(yùn)動(dòng)，讀出測(cè)力計(jì)的示數(shù)F和小車在兩光電門之間的運(yùn)動(dòng)時(shí)間t0，改變木板傾角，測(cè)得多組數(shù)據(jù)，得到的F－的圖線如圖乙所示。圖甲圖乙實(shí)驗(yàn)中測(cè)得兩光電門的距離L＝0.80m，砂和砂桶的總質(zhì)量m1＝0.34kg，重力加速度g取9.8m/s2，則圖線的斜率為________（結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）；若小車與長木板間的摩擦不能忽略，測(cè)得的圖線斜率將________（填“變大”、“變小”或“不變”）。2.（山東理綜）某同學(xué)利用如圖甲所示的實(shí)驗(yàn)裝置，探究物塊在水平桌面上的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。物塊在重物的牽引下開始運(yùn)動(dòng)，重物落地后，物塊再運(yùn)動(dòng)一段距離停在桌面上（尚未到達(dá)滑輪處）。從紙帶上便于測(cè)量的點(diǎn)開始，每5個(gè)點(diǎn)取1個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離如圖乙所示，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器電源的頻率為50Hz。①通過分析紙帶數(shù)據(jù)，可判斷物塊在兩相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)______和________之間某時(shí)刻開始減速。②計(jì)數(shù)點(diǎn)5對(duì)應(yīng)的速度大小為________m/s，計(jì)數(shù)點(diǎn)6對(duì)應(yīng)的速度大小為________m/s。（保留三位有效數(shù)字）③物塊減速運(yùn)動(dòng)過程中，加速度的大小為a＝______m/s2，若用來計(jì)算物塊與桌面間的動(dòng)摩擦因數(shù)（g為重力加速度），則計(jì)算結(jié)果比動(dòng)摩擦因數(shù)的真實(shí)值________（填“偏大”或“偏小”）。3.下圖為用速度傳感器和拉力傳感器驗(yàn)證“質(zhì)量一定時(shí)加速度與物體所受合外力成正比”的實(shí)驗(yàn)裝置示意圖。實(shí)驗(yàn)主要步驟如下：①在長木板上的A、B兩點(diǎn)各安裝一個(gè)速度傳感器，測(cè)量出A、B兩點(diǎn)間的距離L。②將拉力傳感器固定在小車的左端，把細(xì)線的一端固定在拉力傳感器上，另一端通過定滑輪與鉤碼相連。③接通電源，將小車自C點(diǎn)釋放，小車在細(xì)線拉動(dòng)下運(yùn)動(dòng)。記錄細(xì)線拉力F的大小以及小車經(jīng)過A、B時(shí)的速率vA、vB。④由運(yùn)動(dòng)學(xué)公式計(jì)算出小車的加速度a，并將測(cè)得的拉力和加速度填入實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表格中。⑤改變所掛鉤碼的數(shù)量，重復(fù)③、④的操作。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表格如下：次數(shù)F/Na/（m·s－2）10.600.8021.041.6831.422.4442.624.8453.005.72（1）由表中數(shù)據(jù)，在下圖所示的坐標(biāo)紙上作出a－F實(shí)驗(yàn)圖線（圖中已畫出的為理論圖線）。（2）實(shí)驗(yàn)圖線與理論圖線存在偏差的主要原因是____________________________。（3）下列不必要的實(shí)驗(yàn)要求是______（請(qǐng)?zhí)顚戇x項(xiàng)前對(duì)應(yīng)的字母）A.要保持小車（含拉力傳感器）的質(zhì)量M不變B.要保證小車（含拉力傳感器）的質(zhì)量M遠(yuǎn)大于所掛鉤碼的質(zhì)量mC.兩速度傳感器間的距離要適當(dāng)大些D.要保持細(xì)線方向與木板平面平行4.如下圖所示為某同學(xué)探究加速度與力和質(zhì)量關(guān)系的實(shí)驗(yàn)裝置，兩個(gè)相同質(zhì)量的小車放在光滑水平板上，前端各系一條細(xì)繩，繩的一端跨過定滑輪各掛一個(gè)小盤，盤中可放砝碼。兩小車后端各系一條細(xì)繩，一起被夾子夾著使小車靜止。打開夾子，兩小車同時(shí)開始運(yùn)動(dòng)；關(guān)上夾子，兩小車同時(shí)停下來，用刻度尺測(cè)出兩小車的位移，下表是該同學(xué)在幾次實(shí)驗(yàn)中記錄的數(shù)據(jù)。圖10實(shí)驗(yàn)次數(shù)車號(hào)小車質(zhì)量（g）小盤質(zhì)量（g）車中砝碼質(zhì)量（g）盤中砝碼質(zhì)量（g）小車位移（cm）1甲50100015乙5010010302甲501001027.5乙50105010143甲50100018乙50101010請(qǐng)回答下述問題：（1）在每一次實(shí)驗(yàn)中，甲、乙兩車的位移之比等于______之比，請(qǐng)簡(jiǎn)要說明實(shí)驗(yàn)原理________________________________________________________________________；（2）第一次實(shí)驗(yàn)是控制了____________不變的，在實(shí)驗(yàn)誤差范圍內(nèi)可得出的結(jié)論是：________________________________________________________________________；（3）第二次實(shí)驗(yàn)是控制了____________不變的，在實(shí)驗(yàn)誤差范圍內(nèi)可得出的結(jié)論是：________________________________________________________________________；（4）第三次實(shí)驗(yàn)時(shí)，該同學(xué)先測(cè)量了甲車的位移，再根據(jù)前兩次實(shí)驗(yàn)的結(jié)論，計(jì)算出乙車應(yīng)該發(fā)生的位移，然后再測(cè)量了乙車的位移，結(jié)果他高興地發(fā)現(xiàn)，理論的預(yù)言與實(shí)際符合得相當(dāng)好。請(qǐng)問，他計(jì)算出的乙車位移應(yīng)該是________________。5.（成都模擬）某實(shí)驗(yàn)小組利用如下圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置來探究，當(dāng)合外力一定時(shí)，物體運(yùn)動(dòng)的加速度與其質(zhì)量之間的關(guān)系。（1）由圖中刻度尺讀出兩個(gè)光電門中心之間的距離x＝24cm，由下圖中游標(biāo)卡尺測(cè)得遮光條的寬度d＝________cm。該實(shí)驗(yàn)小組在做實(shí)驗(yàn)時(shí)，將滑塊從上圖所示位置由靜止釋放，由數(shù)字計(jì)時(shí)器可以讀出遮光條通過光電門1的時(shí)間Δt1，遮光條通過光電門2的時(shí)間Δt2，則滑塊經(jīng)過光電門1時(shí)的瞬時(shí)速度的表達(dá)式v1＝____________，滑塊經(jīng)過光電門2時(shí)的瞬時(shí)速度的表達(dá)式v2＝________，則滑塊的加速度的表達(dá)式a＝________。（2）在本次實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)小組通過改變滑塊質(zhì)量，總共做了6組實(shí)驗(yàn)，得到如下表所示的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。通過分析表中數(shù)據(jù)，你得出的結(jié)論是_______________________________。m（g）a（m/s2）2502.023001.653501.334001.255001.008000.63（3）現(xiàn)需通過圖象進(jìn)一步驗(yàn)證你的結(jié)論，請(qǐng)利用表格數(shù)據(jù)，在下圖所示的坐標(biāo)系中描點(diǎn)作出相應(yīng)圖象。6.（吉林二模）為了探究加速度與力的關(guān)系，使用如下圖所示的氣墊導(dǎo)軌裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。其中G1、G2為兩個(gè)光電門，它們與數(shù)字計(jì)時(shí)器相連，當(dāng)滑行器通過G1、G2光電門時(shí)，光束被遮擋的時(shí)間Δt1、Δt2都可以被測(cè)量并記錄?；衅鬟B同上面固定的一條形擋光片的總質(zhì)量為M，擋光片寬度為D，光電門間距離為x，牽引砝碼的質(zhì)量為m?；卮鹣铝袉栴}：（1）實(shí)驗(yàn)開始時(shí)應(yīng)先調(diào)節(jié)氣墊導(dǎo)軌下面的螺釘，使氣墊導(dǎo)軌水平，在不增加其他儀器的情況下，如何判定調(diào)節(jié)是否到位？（2）若取M＝0.4kg，改變m的值，進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn)，以下m的取值不合適的一個(gè)是A.m1＝5gB.m2＝C.m3＝40gD.m4＝（3）在此實(shí)驗(yàn)中，需要測(cè)得每一個(gè)牽引力對(duì)應(yīng)的加速度，其中求得的加速度的表達(dá)式為：________________（用Δt1、Δt2、D、x表示）。

1.（1）小車與滑輪間的細(xì)繩與長木板平行；砂和砂桶的總質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量；C（2）0.54kg·m或0.54N·s2不變解析：（1）小車受重力，支持力和拉力，小車與滑輪間的細(xì)繩與長木板平行，測(cè)力計(jì)的示數(shù)等于小車所受的合外力；要使小車所受合外力一定，操作中必須滿足沙和沙桶的總質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量；小車從靠近甲光電門處由靜止開始做勻加速運(yùn)動(dòng)，位移

改變小車質(zhì)量m，測(cè)得多組m、t的值，所以加速度，位移不變，所以a與t2成反比，故“合外力一定時(shí)，加速度與質(zhì)量成反比例”的圖線是C。（2）小車由靜止開始做勻加速運(yùn)動(dòng)，位移，根據(jù)牛頓第二定律得，對(duì)于沙和沙桶，則圖線的斜率為若小車與長木板間的摩擦不能忽略，所示測(cè)得圖線斜率將不變。2.①67（或76）②1.001.20③2.00偏大解析：①從計(jì)數(shù)點(diǎn)1到6相鄰的相等時(shí)間內(nèi)的位移差Δx≈2.00cm，在6、7計(jì)數(shù)點(diǎn)間的位移比5、6計(jì)數(shù)點(diǎn)間的位移增加了（12.28－11.01）cm＝1.27cm<2.00cm，因此，開始減速的時(shí)刻在兩相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)6和7之間。②計(jì)數(shù)點(diǎn)5對(duì)應(yīng)的速度大小為v5＝＝m/s＝1.00m/s。計(jì)數(shù)點(diǎn)4對(duì)應(yīng)的速度大小為v4＝＝m/s＝0.80m/s。根據(jù)v5＝，得計(jì)數(shù)點(diǎn)6對(duì)應(yīng)的速度大小為v6＝2v5－v4＝（2×1.00－0.80）m/s＝1.20m/s。注意：不能用v6＝來計(jì)算。③物塊在計(jì)數(shù)點(diǎn)7到11之間做減速運(yùn)動(dòng)，根據(jù)Δx＝aT2得x9－x7＝2a1Tx10－x8＝2a2T故a＝＝≈－2.00m/s2物塊做減速運(yùn)動(dòng)時(shí)所受到的阻力包括水平桌面的摩擦阻力和打點(diǎn)計(jì)時(shí)器對(duì)紙帶的摩擦阻力，因此根據(jù)牛頓第二定律，得μmg＋f＝ma，即μ＝，因此用μ′＝計(jì)算出的動(dòng)摩擦因數(shù)比μ的真實(shí)值偏大。3.（1）a－F實(shí)驗(yàn)圖線如圖（2）沒有平衡摩擦力（3）B解析：根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)在表中描點(diǎn)連線，圖線如下圖所示實(shí)驗(yàn)圖線不通過原點(diǎn)，與橫軸有截距，這表明在有拉力作用的情況下，小車的加速度仍為零，原因是實(shí)驗(yàn)前沒有平衡摩擦力或平衡摩擦力不足。由于本實(shí)驗(yàn)直接由傳感器可以得出小車的拉力大小，不需要用重物的重力代替拉力，所以不用滿足小車（含拉力傳感器）的質(zhì)量M遠(yuǎn)大于所掛鉤碼的質(zhì)量m。4.（1）加速度；在t相同的情況下，由x=可得x與a成正比，故有x1∶x2＝a1∶a2（2）小車質(zhì)量；小車加速度與合外力成正比（3）小車所受合外力小車加速度與質(zhì)量成反比（4）30cm解析：（1）甲、乙兩車的位移之比等于加速度之比，由于兩車運(yùn)動(dòng)時(shí)間相同，由x＝at2得x1∶x2＝a1∶a2；（2）第一次實(shí)驗(yàn)中控制小車質(zhì)量相同，小車加速度與合外力成正比；（3）第二次小車所受合外力不變，小車加速度與質(zhì)量成反比；（4），x甲∶x乙＝a甲∶a乙＝3∶5，得x乙＝30cm。5.（1）0.52（2）、（3）見解析解析：（1）由圖可知d＝5mm＋0.1mm×2＝5.2mm＝0.52cm。遮光條的寬度很小，遮光條通過光電門的時(shí)間很短，這段時(shí)間內(nèi)的平均速度即為滑塊通過光電門的瞬時(shí)速度，故v1＝，v2＝?；瑝K由光電門1到光電門2做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，由veq\o\al(2,2)－veq\o\al(2,1)＝2ax可得a＝。（2）在合外力不變的情況下，物體運(yùn)動(dòng)的加速度跟物體的質(zhì)量成反比。（或當(dāng)合外力一定時(shí)，在誤差允許的范圍內(nèi)，物體質(zhì)量和加速度的乘積近似相等。）（3）如圖所示6.