2019高考物理一轮复习 第三章 牛顿运动定律 第3讲 验证牛顿运动定律练习

第3 讲 验证牛顿运动定律

1．(2015·高考全国卷Ⅱ)某同学用图甲所示的实验装置测量物块与斜面之间的动摩擦因数．已知打点计时器所用电源的频率为50 Hz，物块下滑过程中所得到的纸带的一部分如图乙所示，图中标出了五个连续点之间的距离．

(1)物块下滑时的加速度a＝________ m/s，打C点时物块的速度v＝________ m/s.

(2)已知重力加速度大小为g，为求出动摩擦因数，还必须测量的物理量是________(选填正确答案标号)． A．物块的质量

B．斜面的高度 C．斜面的倾角

2

Δx解析：(1)物块沿斜面下滑做匀加速运动，根据纸带可得连续两段距离之差为0.13 cm，由a＝2，得aT0.13×10xBD（3.65＋3.52）×1022＝＝ m/s≈1.79 m/s. 2 m/s＝3.25 m/s，其中C点速度v＝（0.02）tBD2×0.02

－2－2

(2)对物块进行受力分析如图，则物块所受合外力为F合＝mgsin θ－μmgcos θ，即a＝gsin θ－μgcos θ，得μ＝gsin θ－a，所以还需测量的物理量是斜面的倾角θ.

gcos θ

答案：(1)3.25 1.79 (2)C

2．(2018·河北模拟)某同学用图甲所示的实验装置验证牛顿第二定律：

(1)通过实验得到如图乙所示的a－F图象，造成这一结果的原因是：在平衡摩擦力时木板与水平桌面的夹角__________(选填“偏大”或“偏小”)．

2017年高考“最后三十天”专题透析

(2)该同学在平衡摩擦力后进行实验，实际小车在运动过程中所受的拉力________砝码和盘的总重力(填“大于”“小于”或“等于”)，为了便于探究、减小误差，应使小车质量M与砝码和盘的总质量m满足__________的条件．

(3)该同学得到如图丙所示的纸带．已知打点计时器电源频率为50 Hz.A、B、C、D、E、F、G是纸带上7个连续的点．Δx＝xDG－xAD＝________ cm.由此可算出小车的加速度a＝________ m/s.(结果保留两位有效数字)

2

解析：(1)根据所给的a－F图象可知，当F＝0时，小车已经有了加速度a0，所以肯定是在平衡摩擦力时木板与水平桌面间的夹角偏大造成的．

(2)根据牛顿第二定律，对小车F＝Ma，对砝码和盘mg－F＝ma，解得F＝受到的拉力才近似等于mg，从而减小误差．

(3)由题图丙可读出xAD＝2.10 cm，xDG＝3.90 cm，所以Δx＝xDG－xAD＝1.80 cm，根据Δx＝aΔt，解得a＝5.0 m/s.

答案：(1)偏大 (2)小于 M?m (3)1.80 5.0

3．在探究加速度与物体所受合外力和质量间的关系时，采用如图所示的实验装置，小车及车中的砝码质量用M表示，盘及盘中的砝码质量用m表示，小车的加速度可由小车后拖动的纸带上由打点计时器打出的点计算出：

2

2

Mmg

(1)当M与m的大小关系满足__________时，才可以认为细线对小车的拉力大小等于盘和盘中砝码的重力． (2)一组同学在保持盘及盘中的砝码质量一定的情况下，探究加速度与小车质量的关系，以下做法正确的是________．

A．平衡摩擦力时，应将盘及盘中的砝码用细线绕过定滑轮系在小车上 B．每次改变小车的质量时，不需要重新平衡摩擦力 C．实验时，先放开小车，再接通打点计时器电源

D．小车运动的加速度可用天平测出m和M，直接用公式a＝求出

(3)在保持小车及车中的砝码质量M一定，探究加速度与所受合外力的关系时，由于平衡摩擦力时操作不当，两位同学得到的a－F关系分别如图中甲、乙所示(a是小车的加速度，F是细线作用于小车的拉力)．

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2

其原因分别是：

甲图：___________________________________________； 乙图：_______________________________________________.

解析：(1)对盘及盘中砝码：mg－F＝ma；对小车：F＝Ma，联立可得：a＝时，才可认为F≈mg.

(2)平衡摩擦力时，先去掉盘、盘中砝码和细线，只让小车在重力沿斜面方向的分力作用下向左运动，当小车能匀速运动时，重力沿斜面方向的分力和摩擦力平衡，A不正确；调好后，当再次改变小车质量时，无需再平衡摩擦力，B正确；实验时，要先接通打点计时器的电源，使打点计时器正常工作，再释放小车，C不正确；小车的加速度是通过处理纸带确定的，D不正确．

(3)由甲图可看出F＝0时，a≠0，说明木板的倾角过大，重力沿斜面方向的分力大于摩擦力．由乙图可看出，只有当F达到一定值时，才会有加速度，说明平衡摩擦力不足或未平衡摩擦力．

答案：(1)m?M (2)B (3)木板的倾角过大 没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不足 4．如图为测量物块与水平桌面之间动摩擦因数的实验装置示意图．实验步骤如下：

mgm＋M，F＝

mg，只有当m?MM＋mM

①用天平测量物块和遮光片的总质量M、重物的质量m；用游标卡尺测量遮光片的宽度d；用米尺测量两光电门之间的距离s；

②调整轻滑轮，使细线水平；

③让物块从光电门A的左侧由静止释放，用数字毫秒计分别测出遮光片经过光电门A和光电门B所用的时间ΔtA和ΔtB，求出加速度a；

④多次重复步骤③，求a的平均值 a； ⑤根据上述实验数据求出动摩擦因数μ. 回答下列问题：

(1)测量d时，某次游标卡尺(主尺的最小分度为1 mm)的示数如图所示，其读数为____________ cm.

(2)物块的加速度a可用d、s、ΔtA和ΔtB表示为a＝________________． (3)动摩擦因数

μ

可用

M、m、a 和重力加速度g表示为μ＝

__________________________________________．

(4)如果细线没有调整到水平，由此引起的误差属于__________(选填“偶然误差”或“系统误差”)．

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2017年高考“最后三十天”专题透析

解析：(1)d＝0.9 cm＋12×0.05 mm＝0.9 cm＋0.060 cm＝0.960 cm.

d?2?d?2Δxdd?22

(2)由v＝得，vA＝，vB＝，物块做匀加速直线运动，则vB－vA＝2ax，即? ?－??＝2as，

tΔtAΔtB?ΔtB??ΔtA?

得a＝1?2s????d?Δt?2??－?d?2?

B??Δt???

. A?(3)整体运用牛顿第二定律得：mg－μMg＝(M＋m)a，则μ＝mg－（M＋m）aMg. (4)由实验装置引起的误差为系统误差． 答案：(1)0.960 (2)1?2s????d?Δt?2－?B???d?Δt?2A????? (3)

mg－（M＋m）aMg (4)系统误差

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