2025屆高考物理一輪復(fù)習(xí)課時(shí)作業(yè)14驗(yàn)證牛頓運(yùn)動(dòng)定律含解析魯科版

PAGEPAGE8課時(shí)作業(yè)14試驗(yàn)：驗(yàn)證牛頓運(yùn)動(dòng)定律時(shí)間：45分鐘1．如圖是某同學(xué)用來(lái)探究“小車(chē)的加速度與外力關(guān)系”的試驗(yàn)裝置，軌道上的B點(diǎn)固定一光電門(mén)，平衡摩擦力后將連接小車(chē)的細(xì)線跨過(guò)滑輪系住小鉤碼，在A點(diǎn)釋放小車(chē)，測(cè)出小車(chē)上擋光片通過(guò)光電門(mén)的時(shí)間為Δt.(1)若擋光片的寬度為d，擋光片前端距光電門(mén)的距離為L(zhǎng)，則小車(chē)的加速度a＝eq\f(d2,2LΔt2).(2)在該試驗(yàn)中，下列操作中正確的是(BC)A．要用天平稱(chēng)量小車(chē)質(zhì)量B．每次變更鉤碼，都不須要測(cè)量其質(zhì)量(或重力)C．調(diào)整滑輪的高度，使細(xì)線與軌道平行D．每次小車(chē)從A點(diǎn)動(dòng)身允許有不同的初速度解析：(1)依據(jù)勻變速公式，v2＝2aL，其中v＝eq\f(d,Δt)，解得a＝eq\f(d2,2LΔt2).(2)試驗(yàn)探究“小車(chē)的加速度與外力關(guān)系”不須要稱(chēng)量小車(chē)質(zhì)量，A選項(xiàng)錯(cuò)誤；試驗(yàn)裝置有拉力傳感器，不須要測(cè)量鉤碼質(zhì)量(或重力)，B選項(xiàng)正確；試驗(yàn)要求拉力為小車(chē)所受合力，細(xì)線應(yīng)與軌道平行，C選項(xiàng)正確；每次小車(chē)釋放速度應(yīng)當(dāng)為零，D選項(xiàng)錯(cuò)誤．2．用圖甲所示裝置探究物體的加速度與力的關(guān)系，試驗(yàn)時(shí)保持小車(chē)(含車(chē)中重物)的質(zhì)量M不變，將細(xì)線下端懸掛鉤碼的總重力作為小車(chē)受到的合力F，用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的紙帶計(jì)算出小車(chē)運(yùn)動(dòng)的加速度a.(1)關(guān)于試驗(yàn)操作，下列說(shuō)法正確的是A.A．試驗(yàn)前應(yīng)調(diào)整滑輪高度，使滑輪和小車(chē)間的細(xì)線與木板平行B．平衡摩擦力時(shí)，在細(xì)線下端懸掛鉤碼，使小車(chē)在細(xì)線的拉力作用下能勻速下滑C．每次變更小車(chē)所受的拉力后都要重新平衡摩擦力D．試驗(yàn)時(shí)應(yīng)先釋放小車(chē)，后接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器電源(2)圖乙為試驗(yàn)中打出紙帶的一部分，從比較清楚的點(diǎn)跡起，在紙帶上標(biāo)出連續(xù)的5個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)A、B、C、D、E，相鄰兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)之間都有4個(gè)點(diǎn)跡未標(biāo)出，測(cè)出各計(jì)數(shù)點(diǎn)到A點(diǎn)的距離．已知所用電源的頻率為50Hz，打B點(diǎn)時(shí)小車(chē)的速度vB＝0.32m/s，小車(chē)的加速度a＝0.93m/s(3)變更細(xì)線下端鉤碼的個(gè)數(shù)，得到a-F圖象如圖丙所示，造成圖線上端彎曲的緣由可能是隨所掛鉤碼質(zhì)量m的增大，不能滿意M?m.解析：(1)調(diào)整滑輪的高度，使?fàn)恳緣K的細(xì)繩與長(zhǎng)木板保持平行，否則拉力不會(huì)等于合力，故A正確；在調(diào)整木板傾斜程度以平衡木塊受到的滑動(dòng)摩擦力時(shí)，不應(yīng)懸掛鉤碼，故B錯(cuò)誤；由于平衡摩擦力之后有Mgsinθ＝μMgcosθ，故tanθ＝μ，所以無(wú)論小車(chē)的質(zhì)量是否變更，小車(chē)所受的摩擦力都等于小車(chē)的重力沿斜面的分力，變更小車(chē)所受的拉力后，不須要重新平衡摩擦力，故C錯(cuò)誤；試驗(yàn)起先時(shí)先接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源待其平穩(wěn)工作后再釋放木塊，而當(dāng)試驗(yàn)結(jié)束時(shí)應(yīng)先限制小車(chē)停下再關(guān)閉打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，D錯(cuò)誤．(2)已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器電源頻率為50Hz，則紙帶上相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔T＝5×0.02s＝0.10s．依據(jù)Δx＝aT2可得xCE－xAC＝a(2T)2，小車(chē)運(yùn)動(dòng)的加速度為a＝eq\f(xCE－xAC,4T2)＝0.93m/s2，打B點(diǎn)時(shí)小車(chē)的速度vB＝eq\f(xAC,2T)＝0.32m/s.(3)隨著力F的增大，即隨所掛鉤碼質(zhì)量m的增大，不能滿意M?m，因此曲線上部出現(xiàn)彎曲．3.為了探究質(zhì)量肯定時(shí)加速度與力的關(guān)系．一同學(xué)設(shè)計(jì)了如圖甲所示的試驗(yàn)裝置，其中M為小車(chē)的質(zhì)量，m為鉤碼的質(zhì)量．(1)為了保證力傳感器的讀數(shù)為小車(chē)所受的合外力，關(guān)于試驗(yàn)操作須要進(jìn)行的是AC.A．在未掛鉤碼時(shí)，將木板的右端墊高以平衡摩擦力B．在懸掛鉤碼后，將木板的右端墊高以平衡摩擦力C．調(diào)整木板左端定滑輪的高度，使?fàn)恳≤?chē)的細(xì)繩與木板平面平行D．所掛鉤碼的質(zhì)量盡量小一些(2)如圖乙為某次試驗(yàn)得到的一段紙帶，計(jì)數(shù)點(diǎn)A、B、C、D、E間相鄰兩點(diǎn)的時(shí)間間隔為0.1s．由圖中可讀出A、E兩點(diǎn)間的距離為6.50cm.依據(jù)紙帶可求出小車(chē)的加速度大小為0.43m/s(3)假如在試驗(yàn)中，木板保持水平，小車(chē)的質(zhì)量M不變，變更鉤碼的質(zhì)量m，重復(fù)進(jìn)行多次試驗(yàn)．登記每次力傳感器的示數(shù)F，計(jì)算出每次試驗(yàn)中小車(chē)的加速度a，將得到的a、F數(shù)據(jù)繪制成a-F圖象，以下圖象可能的是A.解析：(1)為了保證力傳感器的讀數(shù)為小車(chē)所受的合外力，試驗(yàn)操作須要平衡摩擦力，即在未掛鉤碼時(shí)，將木板的右端墊高以平衡摩擦力，選項(xiàng)A正確，B錯(cuò)誤；同時(shí)要調(diào)整木板左端定滑輪的高度，使?fàn)恳≤?chē)的細(xì)繩與木板平面平行，選項(xiàng)C正確；因有傳感器測(cè)量拉力的大小，所以不須要所掛鉤碼的質(zhì)量盡量小，選項(xiàng)D錯(cuò)誤．(2)由題圖乙中可讀出A、E兩點(diǎn)間的距離為6.50cm.依據(jù)Δx＝aT2，其中T＝0.1s，可求出小車(chē)的加速度大小為a＝eq\f(xCE－xAC,2T2)＝0.43m/s2.(3)木板保持水平，則有摩擦力沒(méi)有被平衡，依據(jù)牛頓其次定律，有F－f＝Ma，則a＝eq\f(1,M)F－eq\f(f,M)，A正確．4．某試驗(yàn)小組調(diào)試如圖1所示的裝置打算探究加速度與力的關(guān)系．已知小車(chē)的質(zhì)量為M，砝碼及砝碼盤(pán)的總質(zhì)量為m，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所接的溝通電的頻率為50Hz.(1)試驗(yàn)步驟如下：①按圖1所示，安裝好試驗(yàn)裝置，其中動(dòng)滑輪與定滑輪及彈簧測(cè)力計(jì)相連的細(xì)線豎直；②不掛砝碼和砝碼盤(pán)的狀況下，調(diào)整長(zhǎng)木板的傾角，輕推小車(chē)后，使小車(chē)能沿長(zhǎng)木板向下勻速運(yùn)動(dòng)，其目的是平衡摩擦力；③掛上砝碼盤(pán)，接通電源后，再放開(kāi)小車(chē)，打出一條紙帶，由紙帶求出小車(chē)的加速度；④變更砝碼盤(pán)中砝碼的質(zhì)量，重復(fù)步驟③，求得小車(chē)在不同合力作用下的加速度；⑤彈簧測(cè)力計(jì)的讀數(shù)為F，則小車(chē)所受合外力大小為F.(2)試驗(yàn)過(guò)程中，關(guān)于砝碼及砝碼盤(pán)的總質(zhì)量m與小車(chē)的質(zhì)量M的關(guān)系，下列說(shuō)法正確的是C.A．M必需遠(yuǎn)大于m B．M必需遠(yuǎn)小于mC．M可以不用遠(yuǎn)大于m D．M必需等于m(3)試驗(yàn)中打出的一條紙帶如圖2所示，則由該紙帶可求得小車(chē)的加速度為0.15m/s2解析：(1)②小車(chē)可以沿長(zhǎng)木板勻速下滑，說(shuō)明摩擦力與小車(chē)重力沿長(zhǎng)木板方向的分力相等；⑤小車(chē)已平衡摩擦力，所受細(xì)線拉力即為小車(chē)所受合外力，而彈簧測(cè)力計(jì)干脆測(cè)量細(xì)線拉力，故其讀數(shù)F等于小車(chē)所受合外力．(2)由(1)的分析可知，彈簧測(cè)力計(jì)的讀數(shù)即為小車(chē)所受合外力，故C正確．(3)依據(jù)公式Δx＝at2可知，(0.0751－0.0721)m＝2a(5T)2，解得a＝0.15m/s25．如圖甲所示，質(zhì)量為m的滑塊A放在氣墊導(dǎo)軌上，B為位移傳感器，它能將滑塊A到傳感器B的距離數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳送到計(jì)算機(jī)上，經(jīng)計(jì)算機(jī)處理后在屏幕上顯示滑塊A的速率—時(shí)間(v-t)圖象．整個(gè)裝置置于高度h可調(diào)整的斜面上，斜面長(zhǎng)度為l.(1)現(xiàn)給滑塊A沿氣墊導(dǎo)軌向上的初速度，其v-t圖象如圖乙所示．從圖線可得滑塊A上滑時(shí)的加速度大小a＝3m/s2(2)若用此裝置來(lái)驗(yàn)證牛頓其次定律，通過(guò)變更滑塊的質(zhì)量及斜面的高度，且使mh不變，可驗(yàn)證力肯定時(shí)，加速度與質(zhì)量成反比的關(guān)系；通過(guò)變更高度h，可驗(yàn)證質(zhì)量肯定時(shí)，加速度與力成正比的關(guān)系(重力加速度g的值不變)．解析：(1)在v-t圖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)牛頓其次定律探討的是加速度與合外力、質(zhì)量的關(guān)系．當(dāng)質(zhì)量肯定時(shí)，可以變更力的大小，當(dāng)斜面高度不同時(shí)，滑塊受到的力不同，可以探究加速度與合外力的關(guān)系．由于滑塊下滑加速的力是由重力沿斜面對(duì)下的分力供應(yīng)，所以要保證重力沿斜面對(duì)下的分力不變，應(yīng)當(dāng)使mg·eq\f(h,l)不變，所以應(yīng)當(dāng)調(diào)整滑塊的質(zhì)量及斜面的高度，且使mh不變，通過(guò)變更高度h，可驗(yàn)證質(zhì)量肯定時(shí)，加速度與力成正比的關(guān)系．6．英國(guó)科學(xué)家阿特伍德曾經(jīng)設(shè)計(jì)了一個(gè)裝置驗(yàn)證牛頓其次定律，在跨過(guò)光滑定滑輪的輕繩兩端懸掛質(zhì)量均為M的物塊，在一物塊上附加另一質(zhì)量為m的物塊，系統(tǒng)無(wú)初速度釋放后起先加速運(yùn)動(dòng)．附加物塊運(yùn)動(dòng)至擋板后自動(dòng)脫離，此后系統(tǒng)勻速運(yùn)動(dòng)，測(cè)得此速度即可求出系統(tǒng)加速過(guò)程的加速度．如圖a所示，某同學(xué)改進(jìn)了該裝置，將系統(tǒng)從附加物塊距離擋板高h(yuǎn)處無(wú)初速度釋放，附加物塊脫離后，測(cè)出物塊下端的遮光片通過(guò)光電門(mén)的時(shí)間t.(1)用游標(biāo)卡尺測(cè)量該遮光片的寬度d，如圖b所示，則d＝0.560cm(2)系統(tǒng)加速運(yùn)動(dòng)的加速度a＝eq\f(d2,2ht2)(用d、h、t表示)．(3)為了驗(yàn)證牛頓其次定律，在試驗(yàn)誤差允許范圍內(nèi)，應(yīng)有如下關(guān)系：mg＝(m＋2M)eq\f(d2,2ht2).(已知重力加速度為g)解析：(1)依據(jù)游標(biāo)卡尺的讀數(shù)規(guī)則，該遮光片的寬度d＝5mm＋12×0.05mm＝5.60mm＝0.560cm.(2)系統(tǒng)從附加物塊距離擋板高h(yuǎn)處無(wú)初速度釋放，附加物塊脫離后，測(cè)出物塊下端的遮光片通過(guò)光電門(mén)的時(shí)間t，其速度v＝eq\f(d,t).由勻變速直線運(yùn)動(dòng)規(guī)律v2＝2ah，解得a＝eq\f(d2,2ht2).(3)對(duì)系統(tǒng)，若有mg＝(m＋2M)a，即可驗(yàn)證牛頓其次定律，則在試驗(yàn)誤差允許范圍內(nèi)，應(yīng)有mg＝(m＋2M)eq\f(d2,2ht2).7．某同學(xué)利用圖(a)所示的裝置測(cè)定滑塊與桌面間的動(dòng)摩擦因數(shù)．試驗(yàn)中，鉤碼通過(guò)輕繩拉著滑塊在水平桌面上做直線運(yùn)動(dòng)，鉤碼著地后滑塊接著運(yùn)動(dòng)，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上打下一系列的點(diǎn)．取鉤碼著地后滑塊接著運(yùn)動(dòng)過(guò)程中對(duì)應(yīng)的一段紙帶，用刻度尺測(cè)出紙帶上部分相鄰計(jì)時(shí)點(diǎn)的間距如圖(b)．已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所接溝通電源的頻率為50Hz，當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣葹?.80m/s2.回答下列問(wèn)題：(1)打點(diǎn)時(shí)紙帶的B(選填“A”或“B”)端靠近滑塊．(2)滑塊與桌面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為0.255.(結(jié)果保留3位有效數(shù)字)(3)由試驗(yàn)測(cè)定的動(dòng)摩擦因數(shù)大于(選填“大于”“等于”或“小于”)真實(shí)值．解析：(1)滑塊先做勻加速運(yùn)動(dòng)，在鉤碼著地后做勻減速運(yùn)動(dòng)，在勻減速運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，相同時(shí)間內(nèi)兩點(diǎn)間距離越來(lái)越小，故B端靠近滑塊．(2)利用逐差法計(jì)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，鉤碼著地后滑塊主要受滑動(dòng)摩擦力而減速，由牛頓其次定律得μmg＝ma，故滑塊與桌面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ＝eq\f(a,g)＝eq\f(2.50,9.80)＝0.255.(3)滑塊做勻減速運(yùn)動(dòng)時(shí)，除了受到桌面的摩擦力外，還受到紙帶的阻力f紙，由μ真mg＋f紙＝ma知，μ>μ真，即測(cè)定的動(dòng)摩擦因數(shù)大于真實(shí)值．8.某同學(xué)利用如圖所示的試驗(yàn)裝置來(lái)測(cè)量重力加速度g.細(xì)繩跨過(guò)固定在鐵架臺(tái)上的輕質(zhì)滑輪，兩端各懸掛一只質(zhì)量為M的重錘．試驗(yàn)操作如下：①用米尺量出重錘1底端距地面的高度H；②在重錘1上加上質(zhì)量為m的小鉤碼；③左手將重錘2壓在地面上，保持系統(tǒng)靜止．釋放重錘2，同時(shí)右手開(kāi)啟秒表，在重錘1落地時(shí)停止計(jì)時(shí)，記錄下落時(shí)間；④重復(fù)測(cè)量3次下落時(shí)間，取其平均值作為測(cè)量值t.請(qǐng)回答下列問(wèn)題：(1)步驟④可以減小對(duì)下落時(shí)間t測(cè)量的偶然(選填“偶然”或“系統(tǒng)”)誤差．(2)試驗(yàn)要求小鉤碼的質(zhì)量m要比重錘的質(zhì)量M小許多，主要是為了B.A．使H測(cè)得更精確B．使重錘1下落的時(shí)間長(zhǎng)一些C．使系統(tǒng)的總質(zhì)量近似等于2D．使細(xì)繩的拉力與小鉤碼的重力近似相等(3)滑輪的摩擦阻力會(huì)引起試驗(yàn)誤差．現(xiàn)供應(yīng)一些橡皮泥用于減小該誤差，可以怎么做？在重錘1上粘上橡皮泥，調(diào)整橡皮泥質(zhì)量直至輕拉重錘1能視察到其勻速下落．(4)運(yùn)用橡皮泥改進(jìn)試驗(yàn)后，重新進(jìn)行試驗(yàn)測(cè)量，并測(cè)出所用橡皮泥的質(zhì)量為m0.用試驗(yàn)中的測(cè)量量和已知量表示g，得g＝eq\f(22M＋m＋m0H,mt2).解析：(1)對(duì)同一物理量多次測(cè)量取平均值的目的是減小偶然誤差．(2)設(shè)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)的加速度為a，則依據(jù)牛頓