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广东物理2011年高考一轮复习第三章《实验四 验证牛顿运动定律》试题04



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实验四 验证牛顿运动定律
1. 关于“验证牛顿运动定律”的实验, 下列说法中符合实际的是 ( )

A.通过同时改变小车的质量 m 及受到的拉力 F 的研究,能归纳出加速度、力、质 量三者之间的关系 B.通过保持小车质量不变,只改变小车的拉力的研究,就可以归纳出加速度、力、 质量三者之间的关系 C.通过保持小车受力不变,只改变小车质量的研究,就可以得出加速度、力、质 量三者之间的关系 D.先不改变小车质量,研究加速度与力的关系;再不改变受力,研究加速度与质 量的关系,最后归纳出加速度、力、质量三者之间的关系 解析:验证牛顿运动定律的实验,是利用控制变量法,探究加速度 a 与合外力 F、 物体质量 m 的关系,故 D 项正确. 答案:D 2.(2010台州模拟)如图实-4-7 所示,在探究牛顿运动定律的演示实验中,若 1、2 两个相同的小车所受拉力分别为 F1、F2,车中所放砝码的质量分别为 m1、m2,打开 夹子后经过相同的时间两车的位移分别为 x1、x2,则在实验误差允许的范围内,有 ( )

图实-4-7 A.当 m1=m2、F1=2F2 时,x1=2x2 B.当 m1=m2、F1=2F2 时,x2=2x1 C.当 m1=2m2、F1=F2 时,x1=2x2 D.当 m1=2m2、F1=F2 时,x2=2x1 1 解析:当 m1=m2、F1=2F2 时,由 F=ma 可知,a1=2a2,再由 x= at2 可得:x1= 2 1 1 2x2,故 A 正确,B 错误;当 m1=2m2、F1=F2 时,a1= a2,再由 x= at2 可得:x1 2 2 1 = x2,故 C 错误,D 正确. 2 答案:AD 3.(2010阳江模拟)为了探究加速度与力的关系,使用如图实-4-8 所示的气垫导轨装 置进行实验.其中 G1、G2 为两个光电门,它们与数字计时器相连,当滑行器通过

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G1、G2 光电门时,光束被遮挡的时间 t1、t2 都可以被测量并记录,滑行器连同上 面固定的一条形挡光片的总质量为 M,挡光片宽度为 D,光电门间距离为 x,牵引 砝码的质量为 m.回答下列问题:

图实-4-8 (1)实验开始应先调节气垫导轨下面的螺钉,使气垫导轨水平,在不增加其他仪器的 情况下,如何判定调节是否到位? 答:____________________________________________________________________. (2)若取 M=0.4 kg,改变 m 的值,进行多次实验,以下 m 的取值不合适的一个是 __________. A.m1=5 g C.m3=40 g B.m2=15 g D.m4=400 g

(3)在此实验中,需要测得每一个牵引力对应的加速度,求得的加速度的表达式为 ____________________________________________________________________. (用 t1、t2、D、x 表示) 解析:(1)如果气垫导轨水平,则不挂砝码时,M 应能在任意位置静止不动,或推动 M 后能使 M 匀速运动. (2)应满足 Mm,故 m4=400 g 不合适. D D (3)由 v1= ,v2= ,v22-v12=2ax t1 t2 D D ( )2-( )2 t2 t1 可得:a= . 2x 答案:(1)取下牵引砝码,M 放在任意位置都不动;或取下牵引砝码,轻推滑行器 M, 数字计时器记录每一个光电门的光束被挡的时间 t 都相等 (2)D D D ( )2-( )2 t2 t1 (3)a= 2x 4.(2010广州联考)某同学在做加速度和力、质量的关系的实验中,测得小车的加速度 a 和拉力 F 的数据如下表所示: F/N a/(ms )
-2

0.20 0.11

0.30 0.19

0.40 0.29

0.50 0.40

0.60 0.51

(1)根据表中的数据在图实-4-9 所示的坐标中作出 a-F 图象;

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图实-4-9 (2)图象的斜率的物理意义是________________________________________; (3)图象(或延长线)与 F 轴的截距的物理意义是________________________; (4)小车和砝码的总质量为________ kg. 解析:(1)选取适当的标度,作出 a-F 图象如图所示.

F (2)由 F=Ma 得 a= ,可见图象的斜率为小车和砝码的总质量的倒数. M (3)图象与 F 轴的截距表示加速度恰好为零时的拉力,也即是小车受到的阻力,大小 为 0.1 N. 1 - (4)由图可知图线斜率 k=1(kg 1),由 k= 可得:M=1 kg. M 答案:(1)见解析图 (2)小车和砝码的总质量的倒数 (3)小车受到的阻力为 0.1 N (4)1 5.(2010济南实验中学模拟)(1)现要验证“当质量一定时,物体运 动的加速度与它所受的合外力成正比”这一物理规律. 给定的 器材如下:一倾角可以调节的长斜面(如图实-4-10 所示)、 小车、计时器一个、米尺. 图实-4-10

(1)填入适当的公式或文字,完善以下实验步骤(不考虑摩擦力的影响): ①让小车自斜面上方一固定点 A1 从静止开始下滑至斜面底端 A2,记下所用的时间 t. ②用米尺测量 A1 与 A2 之间的距离 x,则小车的加速度 a=________. ③用米尺测量 A1 相对于 A2 的高度 h.设小车所受重力为 mg,则小车所受合外力 F= _______. ④改变________________________,重复上述测量. ⑤以 h 为横坐标,1/t2 为纵坐标,根据实验数据作图.如能得到一条过原点的直线,

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则可以验证“当质量一定时,物体运动的加速度与它所受的合外力成正比”这一规 律. (2)在“验证牛顿运动定律”的实验中,实验装置如图实-4-11 甲所示,有一位同 学通过实验测量作出了图乙中的 A 图线.试分析:

图实-4-11 ①A 图线不通过坐标原点的原因是_________________________________; ②A 图线上部弯曲的原因是________________________________________. 2x 1 解析:(1)②由 x= at2 可得:a= 2 . t 2 h h ③sinθ= ,不计摩擦力时,小车的合外力 F=mgsinθ=mg . x x ④小车的质量不变,要改变小车所受的合外力 F 重做上述实验时,只要改变斜面的 倾角(或 A1、A2 两点间的高度 h 的数值)即可. (2)①图线在 F 轴上有截距,说明没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不够. ②a-F 图线上部弯曲的原因是未满足钩码质量远小于小车质量. 2x h 答案:(1)② 2 ③mg t x ④斜面倾角(或 h 的数值)

(2)①没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不够 ②未满足钩码质量远小于小车质量 6. (2010济宁模拟)若测得某一物体质量 m 一定时, 与 F 的有关数据资料如下表所示: a a/(ms 2) F/N


1.98 1.00

4.06 2.00

5.95 3.00

8.12 4.00

(1)根据表中数据,画出 a-F 图象. (2)根据图象判定:当 m 一定时,a 与 F 的关系为______________________. (3)若甲、乙两同学在实验过程中,由于没有按照正确步骤进行实验,处理数据后得 出如图实-4-12 所示的 a-F 图象.

图实-4-12

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试分析甲、乙两同学可能存在的问题: 甲:_______________________________________________________________; 乙:_______________________________________________________________.

解析:(1)若 a 与 F 成正比,则图象是一条过原点的直线.同时,因实验中不可避免 地出现误差,研究误差产生的原因,从而减小误差,增大 实验的准确性,则在误差允许范围内图象是一条过原点的 直线即可.连线时应使直线过尽可能多的点,不在直线上 的点应大致对称地分布在直线两侧,离直线较远的点应视 为错误数据,不予以考虑.描点画图如图所示. (2)由图可知 a 与 F 的关系是正比例关系. (3)图中甲在纵轴上有较大截距,说明绳对小车拉力为零时小车就有加速度 a0,可能 是平衡摩擦力过度所致.乙在横轴上有截距,可能是实验前没有平衡摩擦力或平衡 摩擦力不够. 答案:(1)见解析 (2)正比例关系

(3)平衡摩擦力时木板抬的过高 没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不够 7.(2010南京检测)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,图实-4-13(a)所示为实验装置简图.(交流电的频率为 50 Hz)

图实-4-13 (1)图实-4-13(b)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.(保留两位有效数字) (2)保持砂和砂桶质量不变,改变小车质量 m,分别得到小车加速度 a 与质量 m 及对 1 应的 数据如下表: m 实验次数 小车加速度 a/ms
-2

1 1.90

2 1.72

3 1.49

4 1.25

5 1.00

6 0.75

7 0.50

8 0.30

小车质量 0.25 m/kg 0.29 0.33 0.40 0.50 0.71 1.00 1.67

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1 -1 /kg m 4.00 3.45 3.03 2.50 2.00 1.41 1.00 0.60

1 请在图实-4-14 所示的坐标纸中画出 a- 图线,并由图线求出小车加速度 a 与 m 1 质量倒数 之间的关系式是____________________. m

图实-4-14 解析:(1)由逐差法得 a= a = = (x3+x4)-(x1+x2) (4T)2


[(7.72+7.21)-(6.70+6.19)]×10 2 2 m/s 16×0.022

≈3.2 m/s2 (2)如图所示,a= 1 N 2m

答案:见解析 8.(2010佛山联考)某研究性学习小组欲探究光滑斜面上物体下滑的加速度与物体质量 及斜面倾角是否有关系.实验室提供如下器材: A.表面光滑的长木板(长度为 L);B.小车;C.质量为 m 的钩码若干个;D.方木块(备 用于垫木板);E.米尺;F.秒表. (1)实验过程: 第一步,在保持斜面倾角不变时,探究加速度与质量的关系.实验中,通过向小车 放入钩码来改变物体的质量, 只要测出小车由斜面顶端滑至底端所用的时间 t, 就可 以由公式 a=________求出 a,某同学记录了数据如下表所示:

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质量 时间 t 次数 1 2 3 1.42 1.40 1.41 1.41 1.42 1.38 1.42 1.39 1.42 M M+m M+2m

根据以上信息,我们发现,在实验误差范围内质量改变之后平均下滑时间 ________( 填 “ 改 变 ” 或 “ 不 改 变 ”) , 经 过 分 析 得 出 加 速 度 和 质 量 的 关 系 为 ________. 第二步,在物体质量不变时,探究加速度与倾角的关系.实验中通过改变方木块垫 放位置来调整长木板倾角,由于没有量角器,因此通过测量出木板顶端到水平面高 h 度 h, 求出倾角 α 的正弦值 sinα= .某同学记录了高度 h 和加速度 a 的对应值如下表: L L(m) h(m) sinα= h L 0.10 0.10 0.97 0.20 0.20 1.950 1.00 0.30 0.30 2.925 0.40 0.40 3.910 0.50 0.50 4.900

a(m/s2)

请先在如图实-4-15 所示的坐标纸上建立适当的坐标轴后描点作图,然后根据所 作的图线求出当地的重力加速度 g=________.进一步分析可知,光滑斜面上物体下 滑的加速度与倾角的关系为______________________________________.

图实-4-15 (2)该探究小组所采用的探究方法是________________________________________. 1 2L 解析:(1)由 L= at2 得:a= 2 . 2 t 由表中可看出:在实验误差允许的范围内,小车下滑的时间是不变的,说明小车的 加速度与小车的质量无关. 以 a 为纵轴,以 sinα 为横轴,选取适当的标度作出图象如图所示.

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由 mgsinα=ma 可得:a=gsinα,故图线 a-sinα 的斜率即为当地的重力加速度. 由图可知,g=k=9.80 m/s2. (2)该探究小组采用的探究方法是控制变量法. 2L 答案:(1) 2 不改变 无关 图象见解析 9.80 m/s2 t

a=gsinα (2)控制变量法

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