高考物理 精准培优专练五 与牛顿运动定律有关的实验（含解析）-人教版高三全册物理试题.docx

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1、与牛顿运动定律有关的实验1本考点命题多集中在打点计时器使用、平衡摩擦力、纸带处理上，尤其是瞬时速度、加速度的计算及数据处理、实验改进与创新等。2常用思想方法：(1)控制变量法研究物理问题；(2)用列表法、图象法处理实验数据。二、考题再现典例1.(2019全国II卷22)如图（a），某同学设计了测量铁块与木板间动摩擦因数的实验。所用器材有：铁架台、长木板、铁块、米尺、电磁打点计时器、频率50 Hz的交流电源，纸带等。回答下列问题：(1)铁块与木板间动摩擦因数。（用木板与水平面的夹角、重力加速度g和铁块下滑的加速度a表示）(2)某次实验时，调整木板与水平面的夹角30。接通电源，开启打点计时器，释放

2、铁块，铁块从静止开始沿木板滑下。多次重复后选择点迹清晰的一条纸带，如图(b)所示。图中的点为计数点(每两个相邻的计数点间还有4个点未画出)，重力加速度为9.8 m/s2。可以计算出铁块与木板间的动摩擦因数为。(结果保留2位小数)典例2.(2018全国II卷23)某同学用图(a)所示的装置测量木块与木板之间的动摩擦因数。跨过光滑定滑轮的细线两端分别与木块和弹簧秤相连，滑轮和木块间的细线保持水平，在木块上方放置砝码。缓慢向左拉动水平放置的木板，当木块和砝码相对桌面静止且木板仍在继续滑动时，弹簧秤的示数即为木块受到的滑动摩擦力的大小。某次实验所得数据在表中给出，其中f4的值可从图(b)中弹簧秤的示数

3、读出。砝码的质量m/kg0.050.100.150.200.25滑动摩擦力f/N2.152.362.55f42.93回答下列问题：(1)f4_N；(2)在图(c)的坐标纸上补齐未画出的数据点并绘出fm图线；(3)f与m、木块质量M、木板与木块之间的动摩擦因数及重力加速度大小g之间的关系式为f_，fm图线(直线)的斜率的表达式为k_；(4)取g9.80 m/s2，由绘出的fm图线求得_。(保留2位有效数字)三、对点速练1用图甲的装置测量木块与水平木板间的动摩擦因数时，所用木块的质量与重物的质量相等。若测得木块的加速度为a，用g表示重力加速度的值，则：(1)计算动摩擦因数的表达式为_。（用题中物理

4、量的符号表示）(2)实验中得到一条纸带如图乙所示A、B、C、D、E为5个计数点，相邻计数点间有4个点未画出，各计数点距离如图。已知打点计时器使用的电源频率为50 Hz，可求得：打下D点时木块的速度vD_m/s；运动过程中木块的加速度a_m/s2。（计算结果保留三位有效数字）2为了探究质量一定时加速度与力的关系，一同学设计了如图所示的实验装置，其中M为带滑轮的小车的质量，m为砂和砂桶的质量。（滑轮质量不计）(1)实验时，一定要进行的操作是_。A用天平测出砂和砂桶的质量B将带滑轮的长木板右端垫高，以平衡摩擦力C小车靠近打点计时器，先接通电源，再释放小车，打出一条纸带，同时记录弹簧测力计的示数D改变

5、砂和砂桶的质量，打出几条纸带E为减小误差，实验中一定要保证砂和砂桶的质量m远小于小车的质量M(2)该同学在实验中得到如图所示的一条纸带（相邻两计数点间还有两个点没有画出），已知打点计时器采用的是频率为50 Hz的交流电，根据纸带可求出小车的加速度为m/s2。(结果保留两位有效数字) (3)以弹簧测力计的示数F为横坐标，加速度为纵坐标，画出的aF图象是一条直线，图线与横坐标的夹角为，求得图线的斜率为k，则带滑轮的小车的质量为。A2tan B Ck D3某实验小组设计了如图甲所示实验装置“探究加速度与物体受力的关系”。图中A为滑块，B为装有砝码的小盘，C为放置在水平桌面上一端带有定滑轮的长木板，滑

6、块通过纸带与电磁打点计时器(未画出)相连。(1)小组成员先用弹簧测力计测量滑块的重力，如图乙，由图可知滑块的重力GA_N。（保留2位有效数字）(2)小组成员接着将滑块与砝码盘用细绳连接，将细绳挂在滑轮上，使滑轮和滑块间的细绳处于水平然后在砝码盘中添加砝码。在规范操作的情况下，得到了滑块加速度与砝码盘及砝码总重力F的关系，将实验数据描绘在aF图象中，得到一条实验图线如图丙所示，该图线与横轴的交点数值F00.87 N，据此可计算出滑块与木板间的动摩擦因数_。（保留2位有效数字）(3)该图线在a较小（al m/s2）时基本上是一直线，该直线段的斜率_。（填选项前面的代号）A只跟GA有关 B只跟F0有

7、关C跟GA和F0之和有关 D只跟有关4木木间动摩擦因数大致在0.3左右，现测量实验室中某木块与木板间动摩擦因数。(1)采用图甲所示实验装置，正确进行实验操作，得到图乙所示的一条纸带。从某个清晰的打点开始依次标注0、1、2、3、4、5、6，分别测出0点到各点的距离d1、d2、d3、d4、d5、d6。己知打点周期T，求得各点木块运动速度vi，其中第4点木块的速度v4_；取0点时刻为零时刻，作vt图得到木块加速度为a，己知木块的质量M、钩码的质量m及当地重力加速度g，则木块与木板间动摩擦因数_。关于上述实验操作过程：长木板必须保持_（选填“倾斜”或“水平”）；钩码质量_（选填“必须”或“不必”）远小

8、于木块质量。对实验结果分析，发现则量值偏大，请列出一条产生误差的原因：_。(2)只有一把刻度尺，己知悬挂重物和木块质量分别是m0.3 kg、M0.5 kg，而当地重力加速度g未知，某同学用图丙装置测量木块与长木板间动摩擦因数，细线跨过水平长木板左端定滑轮一端悬挂重物，另一端连接静止在水平长木板上A点的木块，悬挂重物离地高度 h。释放木块、重物开始运动，重物着地后不再反弹，木块最终停在B点，刻度尺测量AB间距离为s，保持木块释放点位置不变，多次改变重物下落高度h，测得对应s，作sh图如图丁，图线斜率为k1.5，则木块与木板间动摩擦因数_。5某研究性学习小组使用如图所示的实验装置测定小木块与倾斜轨

9、道间的动摩擦因数倾斜轨道的顶端有一个固定的挡板，轨道上有两个位置可调节的光电门A和光电B。他们将一个遮光条安装在小木块上，并用游标卡尺测量遮光条的宽度d。已知轨道的倾角为，当地的重力加速度为g。实验操作如下：将光电门B固定在离挡板较远的位置，使小木块从紧靠挡板的位置由静止释放；记录遮光条通过光电门A的时间t1，遮光条通过光电门B的时间t2以及两个光电门之间的距离x；改变光电门A的位置，重复以上操作，记录多组t1、t2和x的值。请回答以下问题：(1)用游标卡尺测量遮光条的宽度如图所示，则d_cm。(2)利用图象来处理实验数据，作出的图象应是_。(3)用图象斜率的绝对值 k 来计算小木块与倾斜轨道

10、间的动摩擦因数，在不计空气阻力的情况下，他们用来计算动摩擦因数的表达式为_（用题目中所给物理量的字母表示）。若考虑空气阻力，则他们利用如上表达式求出的动摩擦因数_（填“偏大”“偏小”或“没有影响”）。6某实验小组的同学利用如图1所示的装置“探究物体速度和位移的关系”，并测量物块和桌面间的动摩擦因数。已知弹簧处于原长时，物块位于光电门左侧。(1)按如图1所示安装实验器材，物块上方装有较窄的遮光条，用游标卡尺测量其宽度如图2所示，则遮光条的宽度为_mm。(2)实验步骤如下：让物块压缩弹簧并锁定；释放物块，读出物块通过光电门时的遮光时间t；测量出物块停止运动时遮光条的位置到光电门之间的位移x；重复步

11、骤，测出多组遮光时间t和位移x的值；计算出物块通过光电门时对应的速度v。(3)根据测量的数据在如图3所示的坐标纸上做出v2x图象，由图象可知，物块在桌面上运动的加速度大小为_m/s2。已知重力加速度g取10 m/s2，则物块和桌面间的动摩擦因数为_。(结果均保留两位有效数字) 7某实验小组应用如图所示装置“探究加速度与物体所受合力的关系”，已知小车的质量为M，砝码及砝码盘的总质量为m，打点计时器所接的交流电的频率为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

12、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与小车相连的轻绳与长木板一定要平行C弹簧测力计的读数应为砝码和砝码盘总重力的一半D砝码和砝码盘的总质量不需要远小于小车的质量(2)实验中打出的其中一条纸带如图所示，由该纸带可求得小车的加速度a_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a与弹簧测力计的示数F的关系图象，与本实验相符合的是_。8图甲所示为某实验小组测量A、B两个箱子质量的

13、装置图，其中D为铁架台，E为固定在铁架台上的轻质定滑轮(质量和摩擦可忽略)，F为光电门，C为固定在A上、宽度为d的细遮光条(质量不计)。此外该实验小组还准备了砝码一套(总质量m01 kg)和刻度尺等，请在以下实验步骤中按要求作答。(1)在铁架台上标记一位置O，并测得该位置与光电门之间的高度差h。(2)取出质量为m的砝码放在A中，剩余砝码都放在B中，让A从位置O由静止开始下降。(3)记录下遮光条通过光电门的时间t，根据所测数据计算出A下落到F处的速率v_；下落过程中的加速度大小a_。(4)改变m，重复(2)(3)步骤，得到多组m及a的数据，作出_ (填“am”或“a”)图象如图乙所示(图中横、纵

14、坐标物理量的单位均采用国际制单位)(5)由图象可得，A的质量mA_kg，B的质量mB_kg。(保留两位有效数字，重力加速度大小g取10 m/s2)答案二、考题再现典例1.【解析】(1)由mgsinmgcosma，解得：。(1) SII(76.3931.83)102 m，SI(31.835.00)102 m，T0.1 s，故am/s21.97 m/s2，由于30，g9.80 m/s2，则0.35。【答案】(1) (2)0.35典例2.【解析】(1)对弹簧秤进行读数得2.75 N。(2)在图象上添加(0.05 kg，2.15 N)、(0.20 kg，2.75 N)这两个点，画一条直线，使尽可能多的

15、点落在这条直线上，不在直线上的点大致均匀分布在直线两侧，如答案图所示。(3)由实验原理可得f(Mm)g，fm图线的斜率为kg。(4)根据图象求出k3.9 N/kg，代入数据得0.40。【答案】(1)2.75(2)如图所示(3)(Mm)gg(4)0.40三、对点速练1【答案】(1) (2)0.975 3.15(3.143.16)【解析】(1)设木块质量和重物质量为m，对重物根据牛顿第二定律：mgTma，对木块有：Tmgma，联立解得：。(2)纸带上某点的瞬时速度等于该点前后相邻两个点的平均速度，故m/s0.975m/s，根据位移差公式xaT2得：m/s2。2【答案】(1)BCD (2)1.3 (

16、3)D【解析】(1)本题拉力可以由弹簧测力计测出，不需要用天平测出砂和砂桶的质量，也就不需要使小桶(包括砂)的质量远小于车的总质量，故A错误，E错误；弹簧测力计测出拉力表示小车受到的合外力，故需要将带滑轮的长木板右端垫高，以平衡摩擦力，故B正确；打点计时器运用时，都是先接通电源，待打点稳定后再释放纸带，该实验探究加速度与力和质量的关系，要记录弹簧测力计的示数，故C正确；改变砂和砂桶质量，即改变拉力的大小，打出几条纸带，研究加速度随F变化关系，故D正确。(2)由于两计数点间还有二个点没有画出，故相邻计数点的时间间隔为0.06 s，由xaT2可得：m/s21.3 m/s2。(3)对aF图来说，图象

17、的斜率表示小车质量的倒数，此题，弹簧测力计的示数，故小车的质量，故D正确。3【答案】(1)2.80 (2)0.31 (3)C【解析】(1)由图乙知，测力计的分度值为0.1 N，所以其示数为2.80 N；(2) 对滑块A由牛顿第二定律有：Tmgma，同理对砝码盘由牛顿第二定律有：mgTma，联立解得：，即为，结合图丙可知，当加速度为0时，则，解得F0MG，所0.31。(3)由(2)分析可得：直线段的斜率只跟小车的质量和砝码盘的质量有关，故C正确。4【答案】(1)水平不必细线与滑轮、纸带与打点器的阻力 (2)0.33【解析】(1)根据木块运动第4点的瞬时速度等于3、5两个计数点间的平均速度，即可得

18、；对木块与钩码为对象，根据牛顿第二定理可得，解得；由于该实验需要测量木块与木板间动摩擦因数，不需要平衡摩擦力，所以长木板必须保持水平；根据牛顿第二定律可知钩码的重力mg与细绳对木块的拉力Tmgma不相等，所以码质量不必远小于木块质量；对实验结果分析，产生误差的原因是细线与滑轮、纸带与打点器的阻力。(3) 悬挂重物和木块先一起做匀加直线运动，当悬挂重物着地后，木块做减速直线运动，根据动能定理可得，联立解得，即，代入数值可得。5【答案】(1)1.015 (2)C (3)偏大【解析】(1)用游标卡尺测量遮光条的宽度d1cm+0.05mm31.015cm。(2)木块运动到A处的速度大小，当木块运动到B

19、处时的速度大小，；v22v12+2ax可得，即，因光电门B固定，则t2为定值，可知图象C正确。(3)由图象可知，则；又，解得；若考虑空气阻力，则测得的加速度偏小，则k值偏小，求出的动摩擦因数偏大。6【答案】(1)6.75 (3)5.0(4.75.1均可) 0.50(0.470.51均可)【解析】(1)游标卡尺的读数为6 mm0.0515 mm6.75 mm。(3)由匀变速直线运动规律有v22ax，图象的斜率k2a，所以a。根据图象求得斜率k10.0 m/s2，所以物块在桌面上运动的加速度大小a5.0 m/s2；根据牛顿第二定律有mgma，所以0.50。7【答案】(1)BD (2)0.88 (3

20、)A【解析】(1)由图可知，小车的加速度是砝码盘的加速度大小的2倍，故A错误；小车相连的轻绳与长木板一定要平行，保证拉力沿着木板方向，故B正确；实验过程中，砝码向下加速运动，处于失重状态，故弹簧测力计的读数小于砝码和砝码盘总重力的一半，故C错误；由于小车的拉力等于弹簧测力计的示数F，不等于砝码的重力，故不需要砝码和砝码盘的总质量应远小于小车的质量的条件，故D正确。(2)相邻两个计数点之间的时间间隔T50.020.1s，则m/s2。(3)由题意可知，小车的加速度a与弹簧测力计的示数F的关系应该是成正比，即为过原点的一条倾斜直线，故A符合。8【答案】(3) (4) am (5)3.0 1.0【解析】(3)由很短时间内的平均速度近似等于瞬时速度可知，；由匀变速直线运动的速度位移公式得：，解得：。(4)由牛顿第二定律得：，解得：，所以应作出am的图象。(5)图象斜率为：，截距为：，联立解得：mA3.0 kg，mB1.0 kg。