高一物理寒假作业第12天验证牛顿运动定律新人教版 10页

真正的价值并不在人生的舞台上,而在我们扮演的角色中。 1 第 12 天 验证牛顿运动定律 考纲要求：II 难易程度：★★★☆☆ 某同学设计了一个探究加速度 a 与物体所受合力 F 及质量 m 关系的实验，如图甲所示为实验装置简图。（交 流电的频率为 50 Hz） （1）这个实验_______________（填“需要”或“不需要”）平衡摩擦力。 （2）砂桶和砂的质量 m_______小车的质量 M。 （3）图乙所示为某次实验得到的纸带，根据纸带可求出小车的加速度大小为________ m/s2； （4）保持小盘及盘中砝码的质量不变，改变小车质量 m，分别得到小车的加速度 a 与小车质量 m 及对应的 1 m 的数据如下表： a/（m·s－2） 1.90 1.72 1.49 1.25 1.00 0.75 0.50 0.30 m/kg 0.25 0.29 0.33 0.40 0.50 0.71 1.00 1.67 1 m /kg－1 4.00 3.45 3.03 2.50 2.00 1.41 1.00 0.60 请在下图所示的坐标纸中画出 a— 1 m 的图象，并由图象求出小车的加速度 a 与质量的倒数 1 m 之间的关系式 是________。 真正的价值并不在人生的舞台上,而在我们扮演的角色中。 2 【参考答案】（1）需要 （2）<< （3）3.19 （1）如图所示 1 2a m  【试题解析】（1）根据实验原理可以知道只有平衡摩擦力后才可以将砂和桶的总重力看作小车的拉力，所 以需要平衡摩擦力； （2）根据实验原理可以知道砂和桶的总质量 m 要远小于小车的总质量 M 时，可将砂和桶的总重力看作小车 的拉力； （3）由交流电的频率为 50 Hz 可得，题图乙中两相邻点间的时间间隔 T＝0.02 s。由 2x at ＝ ，t＝2T 得，     2 2 2 7.72 7.21 6.70 6.19 m/s 3.19 m/s4 0.04a     （4）如图所示，由图象求出小车的加速度 a 与质量的倒数 1 m 之间的关系式是 1 2a m  。 【知识补给】 注意事项失分探秘 （1）平衡摩擦力时中的“不重复”：平衡了摩擦力后，不管以后是改变小盘和砝码的总质量还是改变小车 和砝码的总质量都不需要平衡摩擦力。 （2）操作中的“一先一后一按”：改变拉力和小车质量后，每次开始时小车应尽量靠近打点计时器，并先 接通电源，后放开小车，且应在小车碰到滑轮之前按住小车。 （3）作图中的“拟合与舍弃”：要使尽可能多的点在一条直线上，不在直线上的点也要尽可能均匀的分布 在直线的两侧，遇到个别偏差较大的点应舍去。 （4）改变小车质量或拉力大小时，改变量应尽可能大一些，但应满足小盘和盘内砝码的总质量远小于小车 真正的价值并不在人生的舞台上,而在我们扮演的角色中。 3 和车上砝码的总质量。 常见误差及分析 特征 产生原因 图线上部弯曲 当小车受力 F 较大时，不满足“小盘和盘内砝码的总质量远小于小车和车上砝码的总 质量”的条件 图线与 a 轴有截距 平衡摩擦力时长木板的倾角过大，F=0 时（不挂小盘和加放砝码），小车就具有加速 度 图象与 F 轴有截距 平衡摩擦力时长木板的倾角过小，或未平衡摩擦力。只有当 F 增加到一定值，小车才 获得加速度 如图是某些同学根据实验数据画出的图形，下列说法中正确的是 A．形成图（甲）的原因是平衡摩擦力时长木板倾角过小 B．形成图（乙）的原因是平衡摩擦力时长木板倾角过大 C．形成图（丙）的原因是平衡摩擦力时长木板倾角过大 D．形成图（丁）的原因是平衡摩擦力时长木板倾角过小 在“探究加速度与力、质量的关系”实验中，某同学使用了如图 1 所示的装置，打点计时器使用的交 流电频率为 50 Hz。 （1）该同学得到一条纸带，在纸带上取连续的六个点，如图 2 所示，自 A 点起，相邻两点的距离分别为 10.1 mm、12.0 mm、14.1 mm、16.0 mm、18.0 mm，则打 E 点时小车速度为______m/s，小车的加速度为______ m/s2 （结果保留一位小数）。 （2）该同学要探究小车的加速度 a 和质量 M 的关系，应该保持______；若该同学要探究加速度 a 和拉力 F 关系，应该保持______不变； （3）该同学通过数据的处理作出了 a−F 图象，如图 3 所示，则图中直线不过原点的原因可能是______。 真正的价值并不在人生的舞台上,而在我们扮演的角色中。 4 某同学用如图所示的装置做“探究加速度与力的关系”的实验：小车搁置在水平放置的长木板上，纸 带连接车尾并穿过打点计时器，用来测定小车的加速度 a，小桶通过细线对小车施拉力 F。在保持小车质量 不变的情况下，改变对小车拉力 F 的大小，测得小车所受拉力 F 和加速度 a 的数据如下表： （1）根据测得的数据，在上图中作出 a－F 图象。 （2）由图象可知，小车与长木板之间的最大静摩擦力大小为_________N。 （3）若要使作出的 a－F 图线过坐标原点，需要调整实验装置，可采取以下措施中的_______。 A．增加小车的质量 B．减小小车的质量 C．适当垫高长木板的右端 D．适当增加小桶内砝码质量 如图甲所示是某同学探究加速度与力的关系的实验装置。他在气垫导轨上安装了一个光电门 B，在滑块 上固定一遮光条，滑块用细线绕过气垫导轨左端的定滑轮与力传感器相连（力传感器可测得细线上的拉力 大小），力传感器下方悬挂钩码，每次滑块都从 A 处由静止释放。 真正的价值并不在人生的舞台上,而在我们扮演的角色中。 5 （1）该同学用游标卡尺测量遮光条的宽度 d，如图乙所示，则 d＝______mm。 （2）下列不必要的一项实验要求是______。 A．将气垫导轨调节水平 B．使 A 位置与光电门间的距离适当大些 C．使细线与气垫导轨平行 D．使滑块质量远大于钩码和力传感器的总质量 （3）实验时，将滑块从 A 位置由静止释放，由数字计时器读出遮光条通过光电门 B 的时间 t，测量出滑块 在 A 位置时遮光条到光电门的距离 x，则滑块的加速度 a=__________。 为了测量两个质量不等的沙袋的质量，由于没有直接测量工具，某实验小组应用下列器材测量：轻质 定滑轮（质量和摩擦可忽略）、砝码一套（总质量为 m＝0.5 kg）、细线、米尺、秒表，他们根据已学过的 物理学知识，改变实验条件进行多次测量，选择合适的变量得到线性关系，作出图线并根据图线的斜率和 截距求出沙袋的质量。操作如下：g=10 m/s2。 （1）实验装置如图，设左右两边沙袋的质量分别为 m1、m2； （2）从 m 中取出质量为 m′的砝码放在右边沙袋中，剩余砝码都放在左边沙袋中，发现 m1 下降 m2 上升； （3）用米尺测出沙袋 m1 从静止下降的距离 h，用秒表测出沙袋 m1 下降时间 t，则可知沙袋的加速度大小为 a＝________。 （4）改变 m′，测量相应的加速度 a，得到多组 m′及 a 的数据，作出___________（选填“a~m′”或 “a~1/m′”）图线； （5）若求得图线的斜率 k＝4 m/kg·s2，截距 b＝2 m/s2，沙袋的质量 m1＝________kg，m2＝________kg。 真正的价值并不在人生的舞台上,而在我们扮演的角色中。 6 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。开始时让木板置于 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 0F ，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 1F ，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=________； （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 1F 的关系。下列图象能表示该同学实验结果 的是__________； （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_______。 A．可以更方便地获取多组实验数据 B．可以改变滑动摩擦力的大小 C．可以比较精确地测出滑动摩擦力的大小 D．可以获得更大的加速度以提高实验精度 真正的价值并不在人生的舞台上,而在我们扮演的角色中。 7 如图所示，为“验证牛顿第二定律”的实验装置示意图。砂和砂桶的总质量为 m，小车和砝码的总质量 为 M，实验中用砂和砂桶总重力的大小作为细线对小车拉力的大小。 （1）实验中，为了使细线对小车的拉力等于小车所受的合外力，先调节长木板一端滑轮的高度，使细线与 长木板平行。接下来还需要进行的一项操作是________。 A．将长木板水平放置，让小车连着已经穿过打点计时器的纸带，给打点计时器通电，调节 m 的大小，使小 车在砂和砂桶的牵引下运动，从打出的纸带判断小车是否做匀速运动 B．将长木板的一端垫起适当的高度，让小车连着已经穿过打点计时器的纸带，撤去砂和砂桶，给打点计时 器通电，轻推小车，从打出的纸带判断小车是否做匀速运动 C．将长木板的一端垫起适当的高度，撤去纸带以及砂和砂桶，轻推小车，观察判断小车是否做匀速运动 （2）实验中要进行质量 m 和 M 的选取，以下最合理的一组是________。 A．M=200 g，m=10 g、15 g、20 g、25 g、30 g、40 g B．M=200 g，m=20 g、40 g、60 g、80 g、100 g、120 g C．M=400 g，m=10 g、15 g、20 g、25 g、30 g、40 g D．M=400 g，m=20 g、40 g、60 g、80 g、100 g、120 g （3）如图是实验中得到的一条纸带，A、B、C、D、E、F、G 为 7 个相邻的计数点，相邻的两个计数点之间 还有四个点未画出。量出相邻的计数点之间的距离分别为：xAB=4.22 cm、xBC=4.65 cm、xCD=5.08 cm、xDE=5.49 cm，xEF=5.91 cm，xFG=6.34 cm。已知打点计时器的工作频率为 50 Hz，则打 D 点小车的速度_______，小车 的加速度 a=___m/s2。（结果保留二位有效数字） 【参考答案】 真正的价值并不在人生的舞台上,而在我们扮演的角色中。 8 【点睛】a–F 图象时纵轴有截距是平衡摩擦力时长木板倾角过大，横轴有截距是平衡摩擦力时长木板倾角 过小；a−1/M 图象纵轴有截距是平衡摩擦力时长木板倾角过大，横轴有截距是平衡摩擦力时长木板倾角过小。 （3）图中当 0F  时， 0a  ，也就是说当绳子上没有拉力时，小车的加速度不为 0，说明小车的摩擦力小 于重力的分力，所以原因是平衡摩擦力过度即木板倾斜过度。 【点睛】实验问题需要结合物理规律去解决，对于实验我们要清楚每一项操作存在的理由。其中平衡摩擦 力的原因以及做法在实验中应当清楚，数据处理时注意单位的换算。 （1）如图所示 （2）0.10 （3）C （1）在 a F 图象中根据所给的数据描点，然后用一条直线连接这些点（连接时要让尽可能多得点落在直 线上，让其他的点尽可能分布在直线的两侧）； （2）当拉力大于等于最大静摩擦时，物体开始运动，由（1）问所得 a F 图象可知，当拉力等于 0.10 N 时 物体开始运动，故最大静摩擦力为 0.10 N ； （3）若要使作出的 a F 图线过坐标原点，即绳子的拉力就等于小车所受的合外力，故需要平衡摩擦力， 其方法是适当垫高长木板的右端，故 C 正确。 【点睛】只要真正掌握了实验原理就能顺利解决此类实验题目，而实验步骤，实验数据的处理都与实验原 理有关，故要加强对实验原理的学习和掌握。 真正的价值并不在人生的舞台上,而在我们扮演的角色中。 9 （1）2.25 （2）D （3） 2 22 d xt （1）游标卡尺的主尺读数为 2 mm，游标读数为 0.05×5 mm=0.25 mm，所以最终读数 d=2 mm+0.25 mm=2.25 mm； （2）A．应将气垫导轨调节水平，使拉力才等于合力，故 A 必要；B．应使 A 位置与光电门间的距离适当大 些，有利于减小误差，故 B 必要；C．要保持拉线方向与木板平面平行，拉力才等于合力，故 C 必要；D．拉 力是直接通过传感器测量的，故与小车质量和钩码质量大小关系无关，故 D 不需要；故选 D。 （3）实验时，将滑块从 A 位置由静止释放，由数字计时器读出遮光条通过光电门 B 的时间 t，滑块经过光 电门时的瞬时速度可近似认为是滑块经过光电门的平均速度， dv t  ，根据 v2=2ax 得，滑块的加速度 2 22 da xt  。 【点睛】游标卡尺读数结果等于固定刻度读数加上可动刻度读数，不需要估读；拉力是直接通过传感器测 量的，与小车质量和钩码质量大小关系无关。滑块经过光电门时的瞬时速度可近似认为是滑块经过光电门 的平均速度，根据运动学公式求解加速度。 得知：作出 a~m′图线； ~a m 图线斜率 1 2 2gk m m m    ，截距  1 2 1 2 m m mb gm m m     ，将 m=0.5 kg，g=10 m/s2， k=4 m/kg·s2，b=2 m/s2，代入解得： 1 23 kg 1.5 kgm m ， 。 （1） 2 2d t （2）C （3）AC （1）根据运动学位移与时间关系可得： 21 2d at ，解得： 2 2da t  ； （2）由题意可知，木板受到的滑动摩擦力为： 0f F ，把木板和矿泉水瓶看成一个系统，令 m 为矿泉水瓶 的 质 量 ， M 为 木 板 的 质 量 。 根 据 牛 顿 第 二 定 律 可 得 ：  1F f m M a   ， 联 立 解 得 ： 真正的价值并不在人生的舞台上,而在我们扮演的角色中。 10 0 1 1 Fa Fm M M m     ，根据函数斜率和截距的概念可知，随着矿泉水质量 m 增大， 1a F 图象的斜率 1 m M 逐渐减小，故 C 图正确。 （3）由于水与砝码相比能任意改变，所以它的优点是可以更方便地获取多组数据，故 A 正确；由于木板受 到的摩擦力与矿泉水的质量无关，故 B 错误；由于水的多少可以任意变化，可以比较精确地测出木板所受 摩擦力的大小，故 C 正确；由于加速度越大需要水的质量越大，而水的质量越大时图象的斜率越小，实验 的精确度会越小，故 D 错误。所以 AC 正确，BD 错误。 （3）相邻的两个计数点之间还有四个点未画出，相邻的计数点时间间隔为 0.02 s 5 0.1st    ，根据匀变 速直线运动的中间时刻推论可得 25.08 5.49 10 m/s=0.53 m/s2 2 0.1 CD DE D x xv t     ；利用匀变速直线运动 的推论 2x at  ，得： 2 2 2 1 2 33 3 3DE AB EF BC FG CDs s a t s s a t s s a t     ， ， ，为了更加准确地求解加速 度，我们对三个加速度取平均值得：   2 1 2 3 2 1 0.063 4 0.0591 0.054 9 0.050 8 0.046 5 0.042 2 0.42 m/s3 9 01a a a a          ． 。