高考物理实验突破精选训练题:《验证牛顿运动定律》(原卷版)

实验验证牛顿运动定律针对训练 1.关于“验证牛顿第二定律”实验中验证“作用力一定时,加速度与质量成反比”的实验过程,以下做法中正确的是 A.平衡摩擦力时,应将装砂的小桶用细绳通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,再接通电源 D.可以利用天平测出砂桶和砂的质量m和小车的质量M,直接用公式a=求出加速度 2.如图甲为验证牛顿第二定律的实验装置示意图。

(1)平衡小车所受阻力的操作取下________,把木板不带滑轮的一端垫高;
接通电火花计时器电源,轻推小车,让小车拖着纸带运动。如果打出的纸带如图乙所示,则应________(选填“减小”或“增大”)木板的倾角,反复调节,直到纸带上打出的点迹________为止。

(2)图丙为研究“在外力一定的条件下,物体的加速度与其质量的关系”时所得的实验图像,横坐标m为小车上砝码的质量。设图中直线的斜率为k,在纵轴上的截距为b,若牛顿第二定律成立,则小车受到的拉力为________,小车的质量为________。

3.如图所示,为某同学安装的“验证牛顿第二定律”的实验装置,在小车的前端固定一个传感器,和砂桶连接的细线接在传感器上,通过传感器可显示出细线的拉力。在图示状态下开始做实验。

(1)从图上可以看出,该同学在装置和操作中的主要错误是____________________。

(2)若砂和砂桶的质量为m,小车和传感器的总重量为M,做好此实验________(填“需要”或“不需要”)M≫m的条件。

4.利用如图所示装置可以做力学中的许多实验。

(1)(多选)以下说法正确的是 A.用此装置“研究匀变速直线运动”时,必须设法消除小车和长木板间的摩擦阻力的影响 B.用此装置“研究匀变速直线运动”时,应使小盘和盘内砝码的总质量远小于小车的质量 C.用此装置“探究加速度a与力F的关系”时,必须设法消除小车和长木板间的摩擦阻力的影响 D.用此装置“探究加速度a与力F的关系”时,应使小盘和盘内砝码的总质量远小于小车的质量 (2)本装置中要用到打点计时器,如图所示为实验室常用的两种计时器,其中甲装置用的电源要求是 A.交流220 V B.直流220 V C.交流4~6 V D.直流4~6 V (3)在利用此装置“探究加速度a与力F的关系”时,实验中按规范操作打出的一条纸带的一部分如图所示。已知打点计时器接在频率为50 Hz的交流电源上,则此次实验中打点计时器打下A点时小车的瞬时速度为______m/s。(结果保留2位有效数字) 5.用图(a)所示的实验装置验证牛顿第二定律 (1)某同学通过实验得到如图(b)所示的a−F图像,造成这一结果的原因是在平衡摩擦力时木板与水平桌面间的倾角 (填“偏大”或“偏小”)。

(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)某同学得到如图所示的纸带。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/s2(保留两位有效数字)。

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。弹簧测力计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测力计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。开始时将木板置于MN处,现缓慢向瓶中加水,直到木板刚刚开始运动为止,记下弹簧测力计的示数F0,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,记下弹簧测力计的示数F1,然后释放木板,并用停表记下木板运动到PQ处的时间t。

(1)木板的加速度可以用d、t表示为a=________;
为了减小测量加速度的偶然误差可以采用的方法是(一种即可)____________________________________________。

(2)改变瓶中水的质量重复实验,确定加速度a与弹簧测力计示数F1的关系。下列图像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________。(填选项前的字母) A.可以改变滑动摩擦力的大小 B.可以更方便地获取多组实验数据 C.可以比较精确地测出摩擦力的大小 D.可以获得更大的加速度以提高实验精度 7.某探究小组设计了“用一把尺子测定动摩擦因数”的实验方案。如图所示,将一个小球和一个滑块用细绳连接,跨在斜面上端。开始时小球和滑块均静止,剪断细绳后,小球自由下落,滑块沿斜面下滑,可先后听到小球落地和滑块撞击挡板的声音,保持小球和滑块释放的位置不变,调整挡板位置,重复以上操作,直到能同时听到小球落地和滑块撞击挡板的声音。用刻度尺测出小球下落的高度H、滑块释放点与挡板处的高度差h和沿斜面运动的位移x。(空气阻力对本实验的影响可以忽略) (1)滑块沿斜面运动的加速度与重力加速度的比值为______。

(2)滑块与斜面间的动摩擦因数为________。

(3)以下能引起实验误差的是________。(填选项前的字母) A.滑块的质量 B.当地重力加速度的大小 C.长度测量时的读数误差 D.小球落地和滑块撞击挡板不同时 8.用如图所示的装置进行“探究加速度与力、质量的关系”的实验。

(1)若小车的总质量为M,砝码和砝码盘的总质量为m,则当满足________条件时,可认为小车受到的合外力大小等于砝码和砝码盘的总重力大小。

(2)在探究加速度与质量的关系实验中,下列做法中正确的是________。

A.平衡摩擦力时,不应将装砝码的砝码盘用细线通过定滑轮系在小车上 B.每次改变小车的质量时,都需要重新平衡摩擦力 C.实验时,先接通打点计时器电源,再放开小车 D.小车运动的加速度可由牛顿第二定律直接求出 (3)甲同学通过对小车所牵引纸带的测量,就能得出小车的加速度a。如图是某次实验所打出的一条纸带,在纸带上标出了5个计数点,在相邻的两个计数点之间有4个打点未标出,计时器打点频率为50 Hz,则小车运动的加速度为________ m/s2(保留两位有效数字)。

(4)乙同学通过给小车增加砝码来改变小车的质量M,得到小车的加速度a与质量M的数据,画出a-图线后,发现当较大时,图线发生弯曲。该同学后来又对实验方案进行了进一步地修正,避免了图线的末端发生弯曲的现象。则该同学的修正方案可能是________。

A.改画a与的关系图线 B.改画a与M+m的关系图线 C.改画a与的关系图线 D.改画a与的关系图线 9.某实验小组在实验室用如图甲所示的装置来探究力学实验,图中小车上有固定盒子,盒子内盛有沙子。

(1)用图甲实验装置来研究物体做匀变速直线运动的实验,先接通计时器的电源(频率为50 Hz),再释放纸带,得到如图乙所示的打点纸带(每两个计数点之间还有四个点).测量时发现B点已模糊不清,于是他测得AC长为14.56 cm,CD长为11.15 cm,DE长为13.73 cm,则打C点时小车的瞬时速度大小为_______ m/s,小车运动的加速度大小为_______ m/s2。

(2)若图甲实验装置不能满足沙桶总质量远远小于小车(包括盛沙的盒子及盒子内的沙子)的总质量,但某同学仍使用此装置,在保持桶内沙子质量不变的情况下,通过在盒子内添加或去掉一些沙子,来探究加速度与质量的关系,其理由是____________。若采用图象法处理数据,以加速度a为纵轴,应该以________(填“A”或“B”)的倒数为横轴。

A.小车质量、盒子及盒子内沙子质量之和 B.小车质量、盒子及盒子内沙子与悬挂的沙桶(包括桶与桶内的沙子)质量之和 (3)若要用此实验装置还可以完成__________________________________实验。(至少写一个) 10.在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中,渗透了研究问题的多种科学方法 (1)实验环境的等效法__________________________________;

(2)实验条件设计的科学方法________________________________________;

(3)实验原理的简化_________,即当小车质量M车≫m沙时,细绳对小车的拉力大小近似等于沙及桶的总重力m沙g;

(4)实验数据处理的科学方法________________________________________;

(5)由a-M车图象转化为a-1/M车图象,所用的科学方法__________________。

(以上各题均选填“理想实验法”、“图象法”、“平衡摩擦力法”、“化曲为直法”、“控制变量法”或“近似法”) 11.用如图所示的装置探究加速度与力和质量的关系,带滑轮的长木板和弹簧测力计均水平固定。

(1)实验时,一定要进行的操作是_____。

A.小车靠近打点计时器,选接通电源,再释放小车,打出一条纸带,同时记录弹簧测力计的示数 B.改变砂和砂桶质量,打出几条纸带 C.用天平测出砂和砂桶的质量 D.为减小误差,实验中一定要保证砂和砂桶的质量远小于小车的质量 (2)以弹簧测力计的示数F为横坐标,以加速度a为纵坐标,画出的a-F图象可能正确的是_____。

(3)若测出的a-F图象的斜率为k后,则小车的质量为_____。

12.在探究加速度与物体所受合外力和质量间的关系时,采用如图甲所示的实验装置,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由打点计时器打上的点计算出 (1)本实验应用的实验方法是_____。

A.假设法 B.理想实验法 C.控制变量法 D.等效替代法 (2)当m与M的大小关系满足_____时,才可以认为绳子对小车的拉力大小等于盘和砝码的重力。

(3)如图乙所示是实验得到的一条纸带,图中A、B、C、D、E是按打点先后顺序依次选取的计数点,每相邻的两个计数点之间有四个点未画出。由图中的数据可知,打B点时小车的速度为vB=_____m/s。小车加速度的大小为a=_____m/s2。(结果保留两位有效数字) 13.在做“探究加速度和力、质量的关系”的实验中,保持小车和砝码的总质量不变,测得小车的加速度a和拉力F的数据如下表所示。

F(N) 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 a(m/s2) 0.11 0.19 0.29 0.40 0.51 (1)根据表中的数据在坐标系上作出a-F图象;

(2)图象斜率物理意义是_ 。

(3)小车和砝码的总质量为_____kg。

(4)图线(或延长线)与F轴截距的物理意义是____________。

14.某同学设计了“探究加速度a与物体所受合力F及质量m的关系”实验,图(a)为实验装置简图,A为小车,B为某种打点计时器,C为装有细砂的小桶,D为一端带有定滑轮的长方形木板,实验中认为细绳对小车拉力F等于细砂和小桶的总质量,小车运动的加速度a可用纸带上打出