2022版高考物理 专题24 实验：研究匀变速直线运动 实验：验证牛顿运动定律练习（含解析）.docx

1、专题24实验：研究匀变速直线运动实验：验证牛顿运动定律1用纸带法求瞬时速度vn.2.逐差法求加速度a.3.研究a、F、M三个量的关系：控制变量法，数据处理，图象法.4.研究a与M的关系：化曲为直的方法，常作a图象.5.研究a与F、M的关系，需满足的两个条件：(1)平衡摩擦力；(2)mM.1(2020全国名校11月大联考)在研究匀变速直线运动的实验中，如图1所示为记录小车一次运动情况的纸带，图中A、B、C、D、E为相邻的记数点，相邻记数点间有4个点未标出，设A点为计时起点(电源频率为50 Hz)图1(1)由图判断小车做_运动(2)C点的瞬时速度vC_m/s；小车的加速度a_m/s2.(结果均保留

2、3位有效数字)(3)为了计算加速度，最合理的方法是_A根据实验数据画出vt图，量出其倾角，由公式atan 求出加速度B根据任意两计数点的速度用公式a算出加速度C依次算出通过连续两计数点间的加速度，算出平均值作为小车的加速度D根据数据画出vt图，由图线上相距较远的两点所对应的速度、时间，用公式a算出加速度答案(1)匀加速(2)1.326.28(3)D解析(1)由图可知xAB3.80 cm、xBC10.00 cm、xCD16.30 cm、xDE22.60 cm，可认为在连续相等时间内的位移之差是一恒量，则小车做匀加速直线运动；(2)C点的瞬时速度等于BD间的平均速度，则有：vC m/s1.32 m

3、/s根据xaT2可得，小车的加速度：a m/s26.28 m/s2.(3)根据实验数据画出vt图象，当纵坐标取不同的标度时，图象的倾角就会不同，所以量出其倾角，用公式atan 算出的数值并不一定是加速度，故A错误；在处理实验数据时，如果只使用其中两个数据，由于偶然误差的存在可能会造成最后误差较大；所以我们可以根据实验数据画出vt图象，考虑到误差，不可能是所有点都整齐地排成一条直线，连线时，应该尽量使那些不能画在线上的点均匀地分布在线的两侧，这样图线上会舍弃误差较大的点，由图线上相距较远的两点所对应的速度及时间，用公式a算出加速度，所以误差小，故B错误，D正确；C中所述方法是不合理的，因为依次算

4、出通过连续两计数点间的加速度再算出平均值，实质还是仅用了两个计数点的速度，偶然误差较大，故C错误2(2020四川眉山市三诊)如图2甲(侧视图只画了一个小车)所示的实验装置可以用来验证“牛顿第二定律”两个相同的小车放在光滑水平桌面上，右端各系一条细绳，跨过定滑轮各挂一个相同的小盘，增减盘中的砝码可改变小车受到的合外力，增减车上的砝码可改变小车的质量两车左端各系一条细线，用一个黑板擦把两细线同时按在固定、粗糙的水平垫片上，使小车静止(如图乙)拿起黑板擦两车同时运动，在两车尚未碰到滑轮前，迅速按下黑板擦，两车立刻停止，测出两车在此过程中位移的大小图2图丙为某同学在验证“合外力不变，加速度与质量成反比

5、”时的某次实验记录，已测得小车1的总质量m1100 g，小车2的总质量m2200 g由图可读出小车1的位移x15.00 cm，小车2的位移x2_ cm，可以算出_(结果保留三位有效数字)；在实验误差允许的范围内，_(选填“大于”“小于”或“等于”)答案2.45(2.432.47均可)2.04(2.022.06均可)等于解析刻度尺最小分度为0.1 cm，则小车2的位移为x22.45 cm，由于误差，2.432.47 cm均可由于小车都是做初速度为零的匀加速运动，根据xat2可知，由于时间相同，则有2.04，由于读数误差，则2.022.06均可由题意可知2，故在误差允许范围内.3(2020贵州贵阳

6、市四校联考)为了探究加速度与力的关系，使用如图3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3(1)若取M0.4 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_Am5 gBm15 gCm40 g Dm400 g(2)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a的表达式为：_.(用t1、t2、d、x表示)(3)为了减少实验误差，可以采取的措施

7、是_A适当增大挡光片宽度dB适当减小挡光片宽度dC滑块释放时应尽量靠近光电门G1D适当增大滑块释放点与光电门G1间的距离答案(1)D(2)a(3)BD解析(1)本实验无法精确测量细绳的拉力得到滑行器所受的合外力，则需要用砝码的重力近似替代，而条件是要求mM，故A、B、C项的砝码质量较小满足条件，D项的m400 g不满足近似替代的条件，故最不合适的质量选D.(2)由光电门测速度原理可得两个位置的瞬时速度为v1，v2，由匀变速直线运动的规律v22v122ax，联立可得a(3)滑行器通过光电门的时间越短，平均速度越能接近代替瞬时速度，则应适当减小挡光片宽度d，故A错误，B正确；测量匀变速运动的位移时

8、，运动快一点，位移长一些，能适当减小测量产生的偶然误差，故C错误，D正确4(2020天津市部分区期末)某实验小组利用图4甲所示的装置进行“探究加速度与力、质量的关系”的实验小车及车中的砝码质量用M表示，钩码质量用m表示，小车的加速度可由打点计时器打出的点计算出：(1)实验时，某同学没有进行平衡摩擦力这一步骤，他将每组数据在坐标纸上描点、画线得到aF图象可能是图乙中的_(选填“A”“B”“C”)图线图4(2)关于本实验，下列说法正确的是_A实验时应先释放小车后接通电源B小车质量应远远大于钩码的质量C每次改变小车质量时，都应重新平衡摩擦力D平衡摩擦力时，应将钩码用细线绕过定滑轮系在小车上E小车运动

9、的加速度可用天平测出m和M，直接用公式a求出(3)如图丙为本实验中得到的一条清晰纸带，纸带上两相邻计数点间的时间间隔T0.10 s，由该纸带可求得小车的加速度a_m/s2.(计算结果保留两位有效数字)答案(1)A(2)B(3)0.50 解析(1)当没有进行平衡摩擦力时，小车所受的拉力到达某一值时小车才开始加速运动，则得到的图象应该是A所示；(2)实验时应先接通电源后释放小车，选项A错误；小车质量应远远大于钩码的质量，这样才能认为钩码的重力等于小车的牵引力，选项B正确；每次改变小车质量时，不需要重新平衡摩擦力，选项C错误；平衡摩擦力时，不将钩码用细线绕过定滑轮系在小车上，而是只让小车拖着纸带在木

10、板上匀速运动，选项D错误；小车运动的加速度要从纸带中算出，不能用公式a求出，选项E错误(3)由xaT2，其中x0.5 cm，则a m/s20.50 m/s2.5(2020海南省新高考3月诊断)用图5甲所示装置探究物体的加速度与力、质量的关系实验前调节滑轮高度，使滑轮和小车间的细线与木板平行，已经平衡了摩擦力g9.8 m/s2.甲乙图5(1)实验时保持小车(含车中砝码)的质量M不变，用打点计时器测出小车运动的加速度a.图乙为悬挂一个钩码后实验中打出纸带的一部分，从比较清晰的点迹起，在纸带上标出连续的5个计数点A、B、C、D、E，相邻两个计数点之间均有4个点迹未标出，测得各计数点到A点的距离如图乙

11、所示已知所用电源的频率为50 Hz，则小车的加速度大小a_ m/s2.若悬挂钩码的质量为50 g，把悬挂的钩码和小车(含车中砝码)看成一个整体，则小车(含车中砝码)的质量M_ kg.(结果均保留两位有效数字)(2)实验时保持悬挂钩码的质量m不变，在小车上增加砝码，改变小车的质量，得到对应的加速度，若用加速度作为纵轴，小车(含车中砝码)的质量用M表示，为得到线性图象，则横轴代表的物理量为_A小车(含车中砝码)的质量MB小车(含车中砝码)的质量与悬挂钩码的质量之和mMC小车(含车中砝码)的质量与悬挂钩码的质量之和的倒数D悬挂钩码质量的倒数答案(1)0.930.48(2)C解析(1)已知打点计时器所

12、用电源频率为50 Hz，则纸带上相邻计数点间的时间间隔为T50.02 s0.1 s根据xaT2可得xCExACa2小车运动的加速度为a m/s20.93 m/s2即小车的加速度大小为0.93 m/s2.根据牛顿第二定律可得0059.8 N0.93 m/s2(M0.05 kg)解得M0.48 kg，即小车的质量为0.48 kg.(2)根据牛顿第二定律可得mg(Mm)a解得amg，故为了得到线性图象应作a图象，故C符合题意，A、B、D不符合题意6(2020安徽芜湖市模拟)如图6甲所示为“探究加速度与力、质量的关系”实验装置，数字化信息系统获得了小车加速度a与钩码的质量及小车和砝码的质量对应关系图钩

13、码的质量为m1，小车和砝码的质量为m2，重力加速度为g.图6(1)下列说法正确的是_A每次在小车上增减砝码时，应重新平衡摩擦力 B实验时若用打点计时器，则应先释放小车后接通电源 C本实验 m2应远小于m1D在用图象探究加速度与质量关系时，应作a图象(2)实验时，某同学遗漏了平衡摩擦力这一步骤，若轨道水平，他测量得到的a图象如图乙，设图中直线的斜率为k，在纵轴上的截距为b，则小车与木板间的动摩擦因数_，钩码的质量m1_.(3)实验中打出的纸带如图7所示相邻计数点间的时间间隔是0.1 s，图中长度单位是cm，由此可以算出小车运动的加速度是_ m/s2.图7答案(1)D(2)(3)0.46解析(1)

14、小车与长木板间的粗糙情况与小车的质量无关，所以在同一个实验中，每次改变小车的质量，不需要重新平衡摩擦力，故A错误；实验时应先接通电源，后释放小车，故B错误；根据牛顿第二定律可得系统的加速度a，则绳子的拉力Fm2a，故钩码的质量m1远小于小车和砝码的质量m2时，绳子的拉力才等于钩码的重力，故C错误；由牛顿第二定律可知aF，当F一定时，a与成正比，所以应作出a图象，故D正确(2)根据牛顿第二定律可知m1gm2gm2a，整理可得a，结合a图象有k，b，故钩码的质量为m1，小车与木板间的动摩擦因数为.(3)设x11.24 cm，x42.62 cm，则x4x13at2，化简可得a102 m/s20.46

15、 m/s2.7(2020河南信阳市第一次质检)某探究学习小组的同学欲以如图8甲装置中的滑块为对象验证“牛顿第二定律”，装置由弹簧测力计、气垫导轨、两个光电门、滑块和砝码盘(含砝码)等组成光电门可以测出滑块的遮光条依次分别通过两个光电门的时间t1、t2，游标卡尺测出遮光条的宽度d，导轨标尺可以测出两个光电门间的距离L，另用天平测出滑块、砝码盘(含砝码)的质量分别为M和m，不计滑轮的重量和摩擦图8(1)用游标卡尺测量遮光条的宽度d如图乙所示，则d_cm.(2)实验操作中，下列说法正确的是_A该装置可以不平衡摩擦力，只需要将气垫导轨调节水平B为减小误差，实验中一定要保证质量m远小于质量MC实验时，多

16、次在同一条件下重复实验取遮光条通过两光电门时间的平均值，减小系统误差D如果气垫导轨水平，则轻推滑块匀速滑动时通过两个光电门的时间t1和t2必相等(3)该装置中弹簧测力计的读数F，需要验证的表达式为F_.(4)对质量保持不变的过程，根据实验数据绘出滑块的加速度a与弹簧测力计示数F的关系图象，最符合本实验实际情况的是_答案(1)1.015(2)AD(3)(4)A解析(1)由图示游标卡尺可知，其示数为：1 cm30.05 mm10.15 mm1.015 cm.(2)实验前要调节气垫导轨水平，因摩擦力可忽略不计，则不需要平衡摩擦力，故A正确；滑块受到的拉力可以由测力计读出，实验中不需要保证质量m远小于质量M，故B错误；实验时，多次在同一条件下重复实验，取遮光条通过两光电门时间的平均值以减小偶然误差，故C错误；如果气垫导轨水平则轻推滑块匀速滑动时，通过两个光电门的时间t1和t2必相等，故D正确；(3)滑块经过光电门时的速度v1，v2滑块的加速度：a对滑块，由牛顿第二定律得：2FMa，则FMa()2()2(4)质量不变，由牛顿第二定律得：aF，M不变，a与F成正比，aF是正比例函数图象，故A正确，B、C、D错误