高中物理人教版能力提升练习 必修一 第四章 验证牛顿运动定律 Word版含解析

1.林玲同学利用图甲所示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.在调节木板的倾斜度来平衡木块所受的摩擦力时,将装有砝码的砝码桶通过定滑轮拴在木块上
C.实验时,先放开木块再接通打点计时器的电源
D.通过增减木块上的砝码改变质量时,不需要重新调节木板的倾斜度
(2)林玲、洪红两同学在同一实验室,各取一套图甲所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,分别得到如图乙中Ⅰ、Ⅱ两条直线。设两同学用的木块质量分别为mⅠ、mⅡ,用的木块与木板间的动摩擦因数分别为μⅠ、μⅡ,则由图可知,mⅠ__________mⅡ,
μⅠ__________μⅡ。(选填“大于”“小于”或“等于”)?
【解析】(1)调节滑轮的高度,使牵引木块的细绳与长木板保持平行,否则拉力不会等于合力,故A正确;在调节木板倾斜度平衡木块受到的滑动摩擦力时,不能将有砝码的砝码桶通过定滑轮拴木块上,故B错误;实验时,先接通打点计时器的电源再放开木块,故C错误;根据平衡条件可知,与质量大小无关,当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,故D正确;故选A、D。(2)当没有平衡摩擦力时有:T-f=ma,故a=T-μg,即图线斜率为,纵轴截距的大小为μg。观察图线可知mⅠ小于mⅡ,μⅠ大于μⅡ。
答案:(1)A、D　(2)小于　大于
2.(2019·青岛一模)某同学在验证“合外力一定,物体的质量与加速度的关系”时,采用图甲所示的装置及数字化信息系统获得了小车的加速度a与小车质量M(包括所放砝码及传感器的质量)倒数的对应关系图象,如图乙所示。实验中所挂钩码的质量为20 g,实验中选用的是不可伸长的轻绳和光滑的轻质定滑轮。
(1)实验开始时,他先调节木板上定滑轮的高度,使牵引小车的轻绳与木板平行。他这样做的目的是下列哪一个_____　。(填字母代号)?
A.可使位移传感器测出的小车的加速度更准确
B.可以保证小车最终能够做直线运动
C.可在平衡摩擦力后使轻绳拉力等于小车所受的合力
(2)由图乙可知,a -图线不过原点O,原因是____________________　。?
(3)该图线的初始段为直线,该段直线的斜率最接近的数值是__________。?
A.30　　　B.0.3　　　C.20　　　D.0.2
【解析】(1)先调节木板上定滑轮的高度,使牵引小车的轻绳与木板平行,目的是在平衡摩擦力后使轻绳拉力等于小车所受的合力,故C正确。
(2)由图乙知,横轴为零时,纵轴加速度a不为零,原因是平衡摩擦力时使长木板倾角过大。
(3)图线的斜率k==Ma=F,即图线斜率等于小车所受的合力,约等于钩码的重力,即为0.2 N,故D正确。
答案:(1)C　(2)平衡摩擦力时使长木板倾角过大
(3)D
3.(2019·衡水模拟)某学习小组用图甲所示的装置探究加速度与合力的关系。装置中的铝箱下端连接纸带,砂桶中可放置砂子以改变铝箱所受的外力大小,铝箱向上运动的加速度a可由打点计时器和纸带测出,现保持铝箱总质量不变,逐渐增大砂桶和砂的总质量进行多次实验,得到多组a、F值(F为力传感器的示数,等于悬挂滑轮绳子的拉力),不计滑轮的重力。
(1)某同学根据实验数据画出了a-F图象如图乙所示,则由该图象可得铝箱总质量m=_______________,重力加速度g=__________　。(结果保留两位有效数字)?
(2)当砂桶和砂的总质量M较大导致a较大时,实际得到的加速度a的值可能是__________。(填选项前的字母)?
A.12.0 m/s2 B.10.0 m/s2
C.5.0 m/s2 D.6.0 m/s2
【解析】(1)对铝箱分析,应有FT-mg=ma,对滑轮应有F=2FT,联立可解得a==F-g,可知图线的斜率k==,解得m=0.20 kg,纵轴截距-g=-10,解得g=10 m/s2。
(2)对砂桶和砂分析,应有Mg-FT=Ma,对滑轮应有F=2FT,联立可解得a=g-F,当砂桶和砂的总质量较大,加速度a接近g,故实际得到的加速度a答案:(1)0.20 kg　10 m/s2　(2)C、D
4.(2020·柳州模拟)某同学做“探究加速度与力、质量关系”的实验。如图甲所示是该同学探究小车加速度与力的关系的实验装置,他将光电门固定在水平轨道上的B点,用不同重物通过细线拉同一小车,每次小车都从同一位置A由静止释放。
(1)实验中可近似认为细线对小车的拉力与重物重力大小相等,则重物的质量m与小车的质量M间应满足的关系为__________　。?
(2)若用游标卡尺测出光电门遮光条的宽度d如图乙所示,则d=__________　cm;实验时将小车从图甲中的位置由静止释放,由数字计时器读出遮光条通过光电门的时间Δt,就可以计算出小车经过光电门时的速度v。?
(3)测出多组重物的质量m和对应遮光条通过光电门的时间Δt,并算出相应小车经过光电门时的速度v,通过描点作出v2 -m线性图象(如图所示),
从图线得到的结论是:在小车质量一定时,__________　。如果小车的质量M=5 kg,图象的斜率k=1,则A、B间的距离x=__________　m。(g取10 m/s2)?
【解析】(1)该实验的研究对象是小车,采用控制变量法研究。当质量一定时,研究小车的加速度和小车所受合外力的关系。
为消除摩擦力对实验的影响,可以把水平轨道的右端适当垫高,以使小车的重力沿斜面分力和摩擦力抵消,那么小车受到的合外力就是细线的拉力。根据牛顿第二定律得:
对m:mg-F拉=ma
对M:F拉=Ma
解得:F拉==,当m?M时,即当重物重力远小于小车的重力时,细线的拉力近似等于重物的总重力。
(2)游标卡尺的主尺读数为10 mm,游标读数为0.05×10 mm=0.50 mm,所以最终读数为:10 mm+0.50 mm=10.50 mm=1.050 cm;
数字计时器记录通过光电门的时间,由位移公式计算出小车通过光电门的平均速度,用该平均速度代替小车的瞬时速度,故在遮光条经过光电门时小车的瞬时速度为:v=。
(3)由题意可知,该实验中保持小车质量M不变,因此有:v2=2ax=m,由题意可知,M、x不变,因v2-m图象为过原点的直线,则说明加速度与合外力成正比。如果小车的质量M=5 kg,图象的斜率k=1,则=1 ,解得A、B间的距离x=0.25 m。
答案:(1)m?M　(2)1.050
(3)加速度与合外力成正比　0.25