2022版高考物理一轮复习演练：专题3 实验4 验证牛顿运动定律

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1．在利用打点计时器和小车来做“验证牛顿运动定律”的实验时，下列说法错误的是 ( )
A．平衡摩擦力时，应将砝码盘及盘内砝码通过定滑轮拴在小车上
B．连接砝码盘和小车的细绳应跟长木板保持平行
C．平衡摩擦力后，长木板的位置不能移动
D．小车释放前应靠近打点计时器，且应先接通电源再释放小车
【答案】A
2．在验证牛顿第二定律的实验中，如图所示分别是甲、乙、丙、丁四个实验小组根据实验数据画出的图像．对于这四个图像，分析正确的是( )
甲 乙 丙 丁
A．甲未平衡摩擦力
B．乙平衡摩擦力过度
C．丙是小车质量太大了
D．丁是不满足m≪M的条件
【答案】D 【解析】甲平衡摩擦力时倾角过大，乙平衡摩擦力时倾角过小，丁图出现弯曲是由于砝码质量过大，不满足m≪M的条件．
3．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块上，桌面的右边缘固定一个光滑的定滑轮，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P、Q，并测出间距d.开始时将木块置于P处，现缓慢向瓶中加水，直到木块刚刚开始运动为止，记下弹簧测力计的示数F0，以此表示滑动摩擦力的大小．再将木块放回原处并按住，继续向瓶中加水后，记下弹簧测力计的示数F，然后释放木块，并用秒表记下木块从P运动到Q处所用的时间t.
(1)木块的加速度可以用d和t表示为a＝________.
(2)改变瓶中水的质量重复实验，确定加速度a与弹簧测力计示数F的关系．下图中能表示该同学实验结果的是________．
A B C D
(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．可以改变滑动摩擦力的大小
B．可以更方便地获取更多组实验数据
C．可以更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
【答案】(1)eq \f(2d,t2) (2)C (3)BC
4．如图所示为“验证牛顿第二定律”的实验装置示意图．沙和沙桶的总质量为m，小车和砝码的总质量为M.实验中用沙和沙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，使小车在沙和沙桶的牵引下运动，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，撤去沙和沙桶，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、沙和沙桶，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，相邻计数点之间还有4个点未画出．量出相邻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，则小车的加速度a＝________m/s2(结果保留2位有效数字)．
【答案】(1)B (2)C (3)0.42
综合提升练
5．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：
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eq \x\t(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．其示数为________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，eq \x\t(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________(填“偶然误差”或“系统误差”)．
【答案】见解析
【解析】(1)d＝0.9 cm＋12×0.05 mm＝0.9 cm＋0.060 cm＝0.960 cm .
(2)因为vA＝eq \f(d,ΔtA)，vB＝eq \f(d,ΔtB)，又由2as＝veq \\al(2,B)－veq \\al(2,A)，
解得a＝eq \f(1,2s)eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(d,ΔtB)))2－\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(d,ΔtA)))2)).
(3)设细线上的拉力为FT，则
mg－FT＝meq \x\t(a)，FT－μMg＝Meq \x\t(a)，
两式联立，解得μ＝eq \f(mg－M＋m\x\t(a),Mg).
(4)由实验装置引起的误差为系统误差．
6．某实验小组应用如图所示装置“探究加速度与物体受力的关系”，已知小车的质量为M，砝码及砝码盘的总质量为m，所使用的打点计时器所接的交变电流的频率为50 Hz.实验步骤如下：
A．按图所示安装好实验装置，其中与定滑轮及弹簧测力计相连的细线竖直；
B．调节长木板的倾角，轻推小车后，使小车能沿长木板向下匀速运动；
C．挂上砝码盘，接通电源后，再放开小车，打出一条纸带，由纸带求出小车的加速度；
D．改变砝码盘中砝码的质量，重复步骤C，求得小车在不同合力作用下的加速度．
根据以上实验过程，回答以下问题：
(1)对于上述实验，下列说法正确的是________．
A．小车的加速度与砝码盘的加速度大小相等
B．实验过程中砝码盘处于超重状态
C．与小车相连的轻绳与长木板一定要平行
D．弹簧测力计的示数应为砝码和砝码盘总重力的一半
E．砝码和砝码盘的总质量应远小于小车的质量
(2)实验中打出的一条纸带如图所示，由该纸带可求得小车的加速度为________m/s2.(结果保留2位有效数字)
(3)由本实验得到的数据作出小车的加速度a与弹簧测力计的示数F的关系图像，与本实验相符合的是________．
A B C D
【答案】(1)C (2)0.16 (3)A