2024年高考物理力学实验专题逐个击破专题01 验证牛顿第二定律

这是一份2024年高考物理力学实验专题逐个击破专题01 验证牛顿第二定律，文件包含2024年高考物理力学实验专题逐个击破专题01验证牛顿第二定律原卷版docx、专题01验证牛顿第二定律解析版docx等2份试卷配套教学资源，其中试卷共32页， 欢迎下载使用。


（二）细绳上存在拉力传感器或者弹簧测力计
（三）两根细绳同时作用在小车上；注意定滑轮的质量
（四）通过保持砝码的总数不变达到以整体为研究对象的目的
（五）用钩码的重力充当滑轮两侧重物的合外力
（六）通过质量之和不变达到以整体为研究对象
（七）小车的合外力等于沙桶重力
（一）按照教材的要求：以砝码的重力替代细绳的拉力
1．甲同学利用如图1所示的装置探究物体的加速度a与所受合力F的关系。

（1）本实验采用的科学方法是____________
A．控制变量法 B．假设法 C．理想实验法 D．等效替代法
（2）他用小木块将长木板无滑轮的一端垫高，目的是平衡摩擦力。具体操作是：把木板垫高后，小车放在木板上，在不挂小桶且计时器_____（选填“打点”或“不打点”）的情况下，轻推一下小车，若小车拖着纸带做匀速运动，表明已经消除了摩擦力和其它阻力的影响。实验时保持小桶和砝码的总质量远小于小车的质量，其目的是_____（选填选项前的字母）。
A．小车所受的拉力近似等于小车所受的合力
B．小车所受的拉力近似等于小桶和砝码的总重力
C．保证小车运动的加速度不超过当地重力加速度
（3）图2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。相邻的计数点之间的距离分别为：xAB=4.22cm、xBC=4.65cm、xCD=5.08cm、xDE=5.49cm、xEF=5.91cm、xFG=6.34cm。已知打点计时器的工作频率为50Hz，则小车的加速度a=_______________m/s2（结果保留两位有效数字）。
（4）乙同学在验证小车加速度a与所受拉力F的关系时，根据实验数据作出的a-F图像如图3所示。发现图线不过原点，原因可能是_____。
A．木板一端垫得过高
B．木板一端垫得过低
C．盘和砝码的总质量太大了
D．盘和砝码的总质量太小了
2．某实验小组利用如图的装置探究加速度与力、质量的关系。
(1)下列做法正确的是______（填字母代号）；
A．调节滑轮的高度，使牵引木块的细绳与长木板保持平行
B．在调节木板倾斜度平衡木块受到的滑动摩擦力时，将装有砝码的砝码桶通过定滑轮拴在木块上
C．通过增减木块上的砝码改变质量时，不需要重新调节木板倾斜度
D．实验时，木块释放的初始位置应尽量远离打点计时器
(2)为使砝码桶及桶内砝码的总重力在数值上近似等于木块运动时受到的拉力，应满足的条件是木块和木块上砝码的总质量______砝码桶及桶内砝码的总质量（填“远大于”、“远小于”或“近似等于”）；
(3)甲、乙两同学在同一实验室，各取一套图示的装置放在水平桌面上，木块上均不放砝码，在没有平衡摩擦力的情况下，研究加速度a与拉力F的关系，分别得到下图中甲、乙两条直线。设甲、乙用的木块质量分别为m甲、m乙，甲、乙用的木块与木板间的动摩擦因数分别为μ甲，μ乙，由图可知，m甲______m乙，μ甲______μ乙（填“ > ”、“ < ”或“ = ”）。
3．为了探究加速度与力的关系，使用如图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Gl、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s，牵引砝码的质量为m．
回答下列问题：
（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，在不增加其它仪器的情况 下，如何判定调节是否到位？答： _____________
（2）用上述装置“探究滑块的加速度与力的关系实验”
若取M=0.4kg，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=5g B．m2=15g C．m3=40g D．m4=400g
‚在此实验中，需要测得每一个牵引力对应的加速度，其中求得的加速度的表达式为：___（用△t1、△t2、D、S表示）
（二）细绳上存在拉力传感器或者弹簧测力计
4．某研究性学习小组分别用如图1所示的装置进行以下实验：“探究加速度与合外力的关系”．装置中，小车质量为M，砂桶和砂子的总质量为m，通过改变m来改变小车所受的合外力大小，小车的加速度a可由打点计时器和纸带测出．现保持小车质量M不变，逐渐增大砂桶和砂的总质量m进行多次实验，得到多组a、F值（F为弹簧秤的示数）．
（1）为了减小实验误差，下列做法正确的是_________
A．只需平衡小车的摩擦力
B．沙桶和沙的总质量要远小于小车的质量
C．滑轮摩擦足够小，绳的质量要足够轻
D．先释放小车，后接通打点计时器的电源
（2）某同学根据实验数据画出了图2所示的一条过坐标原点的倾斜直线，其中纵轴为小车的加速度大小，横轴应为_______；
A．1M B．1m C．mg D．F
（3）当砂桶和砂的总质量较大导致a较大时，图线________ （填选项前的字母）
A．逐渐偏向纵轴 B．逐渐偏向横轴 C．仍保持原方向不变
（4）图3为上述实验中打下的一条纸带，A点为小车刚释放时打下的起始点，每两点间还有四个计时点未画出，测得AB=2.0cm、AC=8.0cm、AD=18.0cm、AE=32.0cm，打点计时器的频率为50Hz，则C点的速度为__________m/s，小车的加速度___________m/s2．
（三）两根细绳同时作用在小车上；注意定滑轮的质量
5．为了探究物体质量一定时加速度与力的关系，甲、乙同学设计了如图1所示的实验装置。其中M为小车的质量，m为砂和砂桶的质量，m0为滑轮的质量，滑轮大小不计且光滑。力传感器可测出轻绳中的拉力大小。
(1)实验时，要将带滑轮的长木板右端垫高，以_________，随后将小车靠近打点计时器，先_________，再释放小车，打出一条纸带，同时记录力传感器的示数。
(2)甲同学在实验中得到如图2所示的一条纸带（两相邻计数点间还有四个点没有画出），已知打点计时器采用的是频率为50Hz的交流电，根据纸带可求出小车的加速度为_________m/s2（用逐差法计算，结果保留三位有效数字）。
(3)甲同学以力传感器的示数F为横坐标，加速度a为纵坐标，画出的a-F图像是一条直线（图3），图线与横坐标的夹角为θ，求得图线的斜率为k，则小车的质量为_________。
A． B． C． D．
6．（1）甲、乙、丙三个实验小组分别采用如图（甲）、（乙）、（丙）所示的实验装置，验证“当质量一定时，物体运动的加速度与它所受的合力成正比”这一物理规律。已知他们使用的小车完全相同，小车的质量为M，重物的质量为m，试回答下列问题：
①甲、乙、丙实验中，必须平衡小车和长木板之间的摩擦力的实验小组是___________。
A．甲、乙、丙 B．甲、乙 C．甲、丙
②实验时，必须满足“M远大于m”的实验小组是___________（填“甲”、“乙”或“丙”）。
③实验时，甲、乙、丙三组同学的操作均完全正确，他们作出的a-F图线如图（丁）中A、B、C所示，则甲、乙、丙三组实验对应的图线依次是___________。（选填“ABC”、“BCA”或“CAB”）
（2）实验中，有同学用打点计时器得到了在不同拉力作用下的A、B、C、D……几条较为理想的纸带，交流电的频率为50Hz，并在纸带上每5个点取一个计数点，按打点先后依次为0，1，2，3，4，5.由于不小心，几条纸带都被撕断了，如图所示（图中数据为相邻两计数点间的距离），请根据给出的四段纸带判断：在甲、乙、丙三段纸带中，可能是从纸带A撕下的是___________。
A．b B．c C．d D．无法确定
（3）小明同学采用（乙）图实验装置探究质量一定时加速度与力的关系的实验时，以弹簧测力计的示数F为横坐标，加速度a为纵坐标，画出的a-F图像是图（丁）中的一条直线，图线与横坐标的夹角为θ，求得图线的斜率为k，则小车的质量为___________。
A． B． C． D．k
（四）通过保持砝码的总数不变达到以整体为研究对象的目的
7．在探究“加速度与力的关系”实验中，某同学设计了一种新的方法：他按如图甲所示安装好实验装置，在不悬挂小吊盘时，调整木板右端的高度，用手轻拨小车，使小车能牵引纸带沿长木板向左做匀速运动．然后将一定数量的砝码(其总质量为m)放入小吊盘中(小吊盘质量不计)，接通电源，释放小车，打出一条理想纸带，并在纸带上标出小吊盘中砝码所受的重力F．以后每次实验将小吊盘中部分砝码移到小车中，保持砝码和小车的总质量一定，重复实验多次，并计算出每条纸带对应的加速度．回答下列问题：

（1）该同学以每次实验中小吊盘中砝码所受的重力F为横坐标，小车对应的加速度大小a为纵坐标， 在坐标纸上作a－F关系图线．图乙图线中，你认为最合理的是________．
（2）按上述方案做实验，是否要求小吊盘中砝码的总质量远小于小车的质量________．(填“是”或“否”)
（3）若该同学所作出a－F关系图线，直线部分斜率为k，则小车质量M=________．
8．某物理课外小组利用图（a）中的装置探究物体加速度与其所受合外力之间的关系．图中，置于实验台上的长木板水平放置，其右端固定一轻滑轮；轻绳跨过滑轮，一端与放在木板上的小滑车相连，另一端可悬挂钩码．本实验中可用的钩码共有N=5个，每个质量均为0.010 kg．实验步骤如下：
（1）将5个钩码全部放入小车中，在长木板左下方垫上适当厚度的小物快，使小车（和钩码）可以在木板上匀速下滑．
（2）将n（依次取n=1，2，3，4，5）个钩码挂在轻绳右端，其余N–n个钩码仍留在小车内；用手按住小车并使轻绳与木板平行．释放小车，同时用传感器记录小车在时刻t相对于其起始位置的位移s，绘制s–t图象，经数据处理后可得到相应的加速度a．
（3）对应于不同的n的a值见下表．n=2时的s–t图象如图（b）所示；由图（b）求出此时小车的加速度__________（保留2位有效数字），将结果填入下表．
（4）利用表中的数据在图（c）中补齐数据点，并作出a–n图象 ___________．从图象可以看出：当物体质量一定时，物体的加速度与其所受的合外力成正比．
（5）利用a–n图象求得小车（空载）的质量为_______kg（保留2位有效数字，重力加速度取g=9.8 m/s2）．
（6）若以“保持木板水平”来代替步骤（1），下列说法正确的是_______（填入正确选项前的标号）
A．a–n图线不再是直线
B．a–n图线仍是直线，但该直线不过原点
C．a–n图线仍是直线，但该直线的斜率变大
（五）用钩码的重力充当滑轮两侧重物的合外力
9．某同学在“验证牛顿第二定律“的实验中，设计了如图甲所示的实验．质量均为M的两重物A和B通过细绳跨过光滑的定滑轮，重物A下方连接纸带，纸带穿过固定在铁架台上的打点计时器，不计空气阻力，重力加速度为g．
（1）在重物B的下端挂上质量为m的钩码，接通打点计时器，由静止释放重物B．打点计时器打出一条纸带，其部分计数点的点迹如图乙所示，其中相邻两计数点间有四个点未标出．已知交流电源的频率为50Hz，可计算出重物A运动的加速度大小为_____m/s2（计算结果保留两位有效数字）．
（2）改变钩码的质量m，重做该实验．该同学根据多组实验数据得出重物A的加速度与钩码所受的重力关系的如图丙图象所示，得到了一段直线图线，则该实验满足m_____M（选填“远大于”、“接近于”或“远小于”）．该直线的斜率k＝_____．
（六）通过质量之和不变达到以整体为研究对象
10．某同学为验证牛顿第二定律而设计的滑轮装置，实验装置如图所示，图中绳子不可伸长，已知左侧托盘及砝码质量为m1，右侧托盘及砝码质量为m2，且m1>m2，现由静止释放左侧托盘，测量系统加速度．然后改变m1 、m2质量，重复实验多次．
（1）该同学利用图示实验装置求得左侧托盘及砝码的加速度的表达式= ________（用字母m1、m2及g表示）
（2）该同学认为，只要保持______不变，即可得出m1、m2系统的加速度与系统的合外力成正比；只要保持______不变，即可得出m1、m2系统的加速度与系统的总质量成反比．
（3）该同学用此装置多次测量系统的加速度a，并用天平测出m1、m2的质量，利用（1）中的表达式计算出系统的加速度，发现a总是______（填“大于”“等于”或“小于”）
11．某同学设计了如下实验来测量物体的质量，如图所示，利用铁架台固定一轻质滑轮，通过跨过滑轮的轻质细绳悬吊两个相同的物块A、B，物块A侧面粘贴小遮光片（质量忽略不计）。在物块A、B下各挂4个相同的小钩码，每个小钩码的质量均为10g。光电门C、D通过连杆固定于铁架台上，并处于同一竖直线上，光电门C、D之间的距离h=60.0cm。两光电门与数字计时器相连（图中未画出），可记录遮光片通过光电门的时间。初始时，整个装置处于静止状态，取当地的重力加速度g=10m/s2。实验步骤如下：
(1)如图所示，用游标卡尺测量遮光片的宽度，遮光片的宽度d=____cm。

(2)将1个钩码从物块B的下端摘下并挂在物块A下端的钩码下面。释放物块，计时器记录遮光片通过光电门C、D的时间分别为t1=20.80ms、t2=10.40ms。物块A下落过程的加速度a=_______m/s2，单个物块的质量为______kg。
(3)为了减小实验误差，该同学再依次取n=2，3，4个钩码从物块B的下端摘下并挂在物块A下端的钩码下面，进行多次实验，并根据多次测量的数据，绘制a—n图像，如图所示。该图线不过坐标原点的原因可能是_________；若图线的斜率为k，则单个物块的质量为______（用题给字母m、g、h等表示）。
（七）小车的合外力等于沙桶重力
12．某同学利用如图甲所示的装置探究“小车的加速度与所受合外力的关系”，具体实验步骤如下：
A．按照图示安装好实验装置，挂上沙桶(含少量沙子)；
B．调节长木板的倾角，轻推小车后，使小车沿长木板向下运动，且通过两个光电门的时间相等；
C．取下细绳和沙桶，测量并记录沙子和桶的总质量m；
D．保持长木板的倾角不变，不挂沙桶，将小车置于靠近滑轮的位置，由静止释放小车，记录小车先后通过光电门1和2时显示的时间；
E．重新挂上细绳和沙桶，改变沙桶中沙子的质量，重复B、C、D步骤．
(1)若沙桶和沙子的总质量为m，小车的质量为M，重力加速度为g，则步骤D中小车加速下滑时所受合力大小为________．(忽略空气阻力)
(2)如图乙所示，用游标卡尺测得小车上遮光片的宽度为________mm.
(3)若遮光片的宽度为d，光电门1、2之间的距离为l，通过光电门1和2时显示的时间分别为t1、t2，则小车的加速度a＝________．
(4)有关本实验的说法正确的是________(填选项前的字母)．
A．沙桶和沙子的总质量必须远小于小车的质量
B．小车的质量必须远小于沙桶和沙子的总质量
C．平衡摩擦力时要取下细绳和沙桶
D．平衡摩擦力时不能取下细绳和沙桶
13．做“探究加速度与力、质量的关系”实验时，图甲是教材中的实验方案；图乙是拓展方案：
乙图的实验操作步骤如下
（1）___________（填“挂上”或“不挂上”）托盘和砝码，改变木板的倾角，使质量为M的小车拖着纸带沿木板匀速下滑；
（2）取下托盘和砝码，测出其总质量为m，让小车沿木板下滑，测出加速度a；
（3）改变砝码质量和木板倾角，多次测量，通过作图可得到的关系。
①实验获得如图所示的纸带，计数点A、B、C、D、E间均有四个点未画出，则小车下滑的加速度大小为___________m/s2（保留两位有效数字）；
②需要满足条件的方案是___________（选填“甲”、“乙”或“甲和乙”）；在作图像时，把作为F值的是___________（选填“甲”、“乙”或“甲和乙”）。