《高考備考指南 物理 》課件-實(shí)驗(yàn)四　驗(yàn)證牛頓第二定律

實(shí)驗(yàn)四驗(yàn)證牛頓第二定律(本欄目對(duì)應(yīng)配套訓(xùn)練P26~27)知識(shí)鞏固練習(xí)1.某同學(xué)設(shè)計(jì)了一個(gè)驗(yàn)證加速度a與物體所受合力F及質(zhì)量m關(guān)系的實(shí)驗(yàn)，圖甲為實(shí)驗(yàn)裝置簡(jiǎn)圖.(交流電的頻率為50Hz)甲乙丙(1)圖乙為某次實(shí)驗(yàn)得到的紙帶，根據(jù)紙帶可求出小車的加速度大小為______m/s2.(計(jì)算結(jié)果保留2位有效數(shù)字)

(2)保持小車的質(zhì)量不變，改變桶內(nèi)砝碼的質(zhì)量，某位同學(xué)根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分別作出了加速度a隨合力F變化的圖像(如圖丙所示)，圖像上部出現(xiàn)了彎曲并偏離原來(lái)的直線，其主要原因是__________________________________________________；若從小車中取出砝碼放入桶中，并以桶和桶中的砝碼、車和車中的砝碼整體為研究對(duì)象，圖像上部______(填“會(huì)”或“不會(huì)”)彎曲.

【答案】(1)3.2(2)砝碼和砝碼桶的質(zhì)量沒(méi)有遠(yuǎn)小于車的質(zhì)量不會(huì)【解析】(1)從乙圖中看出相鄰的計(jì)數(shù)點(diǎn)時(shí)間間隔為0.04s，加速度a＝(6.19＋6.70)－(5.17＋5.68)(4(2)設(shè)小車的質(zhì)量為M，砝碼和砝碼桶的質(zhì)量為m，根據(jù)牛頓第二定律，對(duì)砝碼和砝碼桶有mg－F拉＝ma，對(duì)小車有F拉＝Ma，解得F拉＝mMgm＋M＝mg1＋mM＝Ma.當(dāng)m?M且小車質(zhì)量M保持不變時(shí)，則可知繩子的拉力近似等于砝碼和砝碼桶的總重力；F從0開始增加，當(dāng)砝碼和砝碼桶的質(zhì)量遠(yuǎn)小于車的質(zhì)量時(shí)，砝碼和砝碼桶的重力可近乎看成與小車質(zhì)量M成正比，故此時(shí)圖像為直線；當(dāng)砝碼和砝碼桶的質(zhì)量增加到一定程度且不再遠(yuǎn)小于車的質(zhì)量時(shí)，繩子的拉力與砝碼和砝碼桶的總重力的差距就變大，此時(shí)圖像上部出現(xiàn)彎曲；所以原因是砝碼和砝碼桶的質(zhì)量沒(méi)有遠(yuǎn)小于車的質(zhì)量.以桶、桶中的砝碼、車和車中的砝碼整體為研究對(duì)象，設(shè)張力為T，對(duì)砝碼和砝碼桶有mg－T＝ma，對(duì)小車有T＝Ma，由兩式得整體的加速度為a＝mgM＋m＝2.(2023年中山一中模擬)某學(xué)習(xí)小組利用如圖甲中的實(shí)驗(yàn)裝置探究小車的加速度與力的關(guān)系.(1)要用鉤碼所受的重力作為小車受到的合力，則應(yīng)先平衡摩擦力，同時(shí)使鉤碼的質(zhì)量________(填“遠(yuǎn)小于”“等于”或“遠(yuǎn)大于”)小車的質(zhì)量.

(2)保持小車質(zhì)量不變，改變鉤碼(質(zhì)量均為m)的個(gè)數(shù)n，測(cè)出小車對(duì)應(yīng)的加速度a.(3)作出a－n圖像如圖乙所示，則說(shuō)明在小車質(zhì)量一定時(shí)，加速度與合力成正比.(4)若該圖像斜率為k，當(dāng)?shù)刂亓铀俣葹間，則小車的質(zhì)量M＝________，測(cè)量值________(填“大于”“等于”或“小于”)真實(shí)值.

【答案】(1)遠(yuǎn)小于(4)mgk【解析】(1)根據(jù)牛頓第二定律，對(duì)鉤碼和小車整體m0g＝(M＋m0)a，對(duì)小車T＝Ma，整理得T＝m0g1＋m0(4)用鉤碼所受的重力作為小車受到的合力，根據(jù)牛頓第二定律nmg＝Ma，整理a＝mgMn，結(jié)合圖像k＝mgM，可得M＝mgk，實(shí)際上，鉤碼本身也有加速度，則nmg＝(m＋M)a，整理得a＝mgM＋mn，結(jié)合圖像k＝mgM＋3.為了測(cè)量滑塊與長(zhǎng)木板之間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ，某實(shí)驗(yàn)小組設(shè)計(jì)了圖甲所示的實(shí)驗(yàn)裝置，交流電的頻率為f，重力加速度為g，細(xì)繩質(zhì)量忽略不計(jì).甲(1)在該實(shí)驗(yàn)中，下列操作是實(shí)驗(yàn)中必不可少的是__________.

A.墊高長(zhǎng)木板右端，以平衡摩擦力B.用天平測(cè)出滑塊與滑輪1的總質(zhì)量MC.保證鉤碼總質(zhì)量m遠(yuǎn)小于滑塊與滑輪1的總質(zhì)量MD.記錄滑塊滑動(dòng)時(shí)彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)F(2)該實(shí)驗(yàn)小組在某次實(shí)驗(yàn)中得到了圖乙所示的一條紙帶，請(qǐng)根據(jù)紙帶上測(cè)量的所有數(shù)據(jù)和題干給出的相關(guān)數(shù)據(jù)推算出滑塊加速度的大小為__________________(用題給字母表示).

乙丙(3)若該實(shí)驗(yàn)小組改變鉤碼的總質(zhì)量m做了多次實(shí)驗(yàn)，記錄了每次實(shí)驗(yàn)中彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)F并計(jì)算出該示數(shù)下滑塊加速度a，發(fā)現(xiàn)a－F圖像是一條如圖丙所示的直線，直線與縱軸的交點(diǎn)為(0，－a0)，則滑塊與長(zhǎng)木板之間的動(dòng)摩擦因數(shù)可表示為______(用題給字母表示)；由于其他摩擦的影響，該動(dòng)摩擦因數(shù)的測(cè)量值比真實(shí)值______(填“偏大”或“偏小”).

【答案】(1)D(2)［(3)a0【解析】(1)該實(shí)驗(yàn)中不需要墊高長(zhǎng)木板右端平衡摩擦力，A錯(cuò)誤；對(duì)滑塊與滑輪1分析可知2F－μMg＝Ma，可得a＝2MF－μg，若作出a－F圖像，可由截距求解動(dòng)摩擦因數(shù)，則也沒(méi)必要用天平測(cè)出滑塊與滑輪1的總質(zhì)量M，B錯(cuò)誤；因用彈簧測(cè)力計(jì)測(cè)量拉力，則不需要保證鉤碼總質(zhì)量m遠(yuǎn)小于滑塊與滑輪1的總質(zhì)量M，C錯(cuò)誤；由B的分析可知，必須記錄滑塊滑動(dòng)時(shí)彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)F，D正確(2)根據(jù)Δx＝aT2可得s3－s1＝3a1T2，s4－s2＝3a2T2，則加速度a＝12(a1＋a2)＝((3)根據(jù)(1)的分析可知a＝2MF－μg，則結(jié)合圖像可知μg＝a0，即μ＝a0綜合提升練習(xí)4.(2023年廣東二模)某同學(xué)利用如圖甲所示的實(shí)驗(yàn)裝置測(cè)量物塊與長(zhǎng)木板間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ.長(zhǎng)木板固定在水平桌面上，左端安裝遮光片的物塊通過(guò)細(xì)繩跨過(guò)定滑輪與重物連接，光電門固定在靠近定滑輪處，物塊(含遮光片)的質(zhì)量為M，重物的質(zhì)量為m.靜止釋放物塊，記錄物塊剛釋放時(shí)與光電門的距離s及遮光片通過(guò)光電門的遮光時(shí)間t，改變物塊的釋放位置，重復(fù)多次實(shí)驗(yàn).

(1)下列操作對(duì)實(shí)驗(yàn)是必要的是________.

A.調(diào)節(jié)定滑輪的高度，使細(xì)繩與長(zhǎng)木板平行B.用天平測(cè)出物塊(含遮光片)和重物的質(zhì)量C.為減小實(shí)驗(yàn)誤差，物塊剛釋放時(shí)與光電門的距離s盡可能近一點(diǎn)(2)利用游標(biāo)卡尺測(cè)量遮光片的寬度d，如圖乙所示，應(yīng)利用游標(biāo)卡尺_(dá)_______部分進(jìn)行測(cè)量(填圖乙中字母代號(hào))，讀數(shù)為d＝________mm.

(3)根據(jù)多組s、t數(shù)據(jù)在坐標(biāo)系中作出1t2－s圖像如圖丙所示，圖像的斜率為k，設(shè)重力加速度為g，則物塊與長(zhǎng)木板之間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ＝____________(用題中物理量字母符號(hào)表示)【答案】(1)AB(2)B11.70(3)2【解析】(1)為了減小誤差，繩子拉力應(yīng)沿著水平方向，需要調(diào)節(jié)定滑輪的高度，使細(xì)繩與長(zhǎng)木板平行，A正確；本實(shí)驗(yàn)利用牛頓第二定律測(cè)量動(dòng)摩擦因數(shù)，需要用天平測(cè)出物塊(含遮光片)和重物的質(zhì)量，B正確；為減小實(shí)驗(yàn)誤差，物塊剛釋放時(shí)與光電門的距離s應(yīng)適當(dāng)遠(yuǎn)一些，C錯(cuò)誤.(2