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1、课时作业(十五)验证牛顿运动定律 基础训练1某同学做“探究加速度与力的关系”的实验，实验的探究对象是铝块(质量小于砂桶的质量)，在静止释放轻绳前，装置如图甲所示：(1)该同学在实验操作中有两处明显错误，分别是_和_(2)纠错后开始实验：保持铝块的质量m不变，通过在砂桶中添加砂来改变对铝块的拉力；每次释放轻绳，由力传感器可测得拉力的大小F，由纸带上打出的点可算出对应加速度的大小a；已知重力加速度为g.该同学根据多组实验数据画出如图乙所示的一条过坐标原点的直线，他标注纵轴为加速度a，但忘记标注横轴，你认为横轴代表的物理量是_(用所给的字母表示)(3)若把力传感器装在右侧轻绳上，则实验的误差会更_(
2、填“大”或“小”)(4)本装置还可用来做_的实验(只填一个)答案：见解析解析：(1)该同学在实验操作中有两处明显错误，分别是：打点计时器错接在直流电源上；要进行打点的纸带留得太短(2)铝块受重力mg和拉力F，所以铝块的合力F合Fmg，所以横轴代表的物理量是Fmg.(3)由于滑轮的摩擦，若把力传感器装在右侧轻绳上，则实验的误差会更大(4)本装置还可用来做探究动能定理(或验证机械能守恒定律或探究加速度与质量的关系)的实验2某课外活动小组设计了如图甲所示的实验来测量小物块与斜面间的动摩擦因数如图甲所示，位移传感器与电脑相连后固定于倾角为30的斜面底端，已知位移传感器可以测量小物块与传感器的间距x并通
3、过数据线输入电脑，现用小锤打击置于斜面顶端的小物块，使之沿斜面下滑，以x为纵轴，以时间t为横轴，得到如图乙所示的xt图象(1)小物块的加速度大小为_(2)为了计算得到小物块与斜面间的动摩擦因数，是否需要测量小物块的质量_(填“需要”或“不需要”)，小物块与斜面间的动摩擦因数为_(已知重力加速度取g10 m/s2)(3)理论上，乙图的中应填入的数据为_答案：(1)2.5 m/s2(2)不需要(3)20解析：(1)由图象可知，连续相等时间位移差为定值，均为10 cm，由xaT2，解得a2.5 m/s2；(2)由图象可知，小物块做减速运动，由牛顿第二定律mgcos mgsin ma，化简得：agco
4、s gsin ，故不需要测量质量，代入数据解得：；(3)由图象可知，初速度v2 m/s，小物块减速过程的位移x0.8 m，故小物块与传感器间距不变时间距大小为100 cm80 cm20 cm.故纵轴应填入的数据是20.3(2018云南十一校调研)如图甲所示，力传感器A与计算机相连接，可获得力随时间变化的规律，将力传感器固定在水平桌面上，测力端通过轻质细绳与一滑块相连，调节传感器高度使细绳水平，滑块放在较长的小车上，滑块的质量m1.5 kg，小车的质量为M1.65 kg.一根轻质细绳跨过光滑的轻质滑轮，其一端连接小车，另一端系一只空砂桶，调节滑轮使桌面上部细绳水平，整个装置处于静止状态现打开传感
5、器，同时缓慢向砂桶里倒入砂，当小车刚好开始运动时，立即停止倒砂若力传感器采集的Ft图象如图乙所示，重力加速度取g10 m/s2，则：(1)滑块与小车间的动摩擦因数_；若忽略小车与水平桌面间的摩擦，小车稳定运动时加速度大小a_ m/s2.(2)若实验中传感器测力端与滑块间的细绳不水平，左端略低一些，由此而引起的动摩擦因数的测量结果_(填“偏大”或“偏小”)答案：(1)0.20.25(2)偏大解析：(1)根据题图乙所示的图象可知，滑块所受的滑动摩擦力为Ff3.0 N，滑块与小车之间的正压力FNmg1.510 N15 N由FfFN，解得0.2.根据题图乙可知小车所受拉力等于砂桶和砂的重力mg3.5
6、N，砂桶和砂的质量m0.35 kg.若忽略小车与水平桌面间的摩擦，对小车和砂桶、砂整体，由牛顿第二定律得mgFf(mM)a，解得小车稳定运动时加速度大小a0.25 m/s2.(2)若实验中传感器测力端与滑块间的细绳不水平，左端略低一些，滑块与小车之间的正压力FN大于重力mg，由此而引起的动摩擦因数的测量结果偏大4(2018湖北荆门一模)某研究学习小组用如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m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
7、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如图乙所示的aF关系图象，则由该图象可得铝箱总质量m_kg，重力加速度g_ m/s2(结果保留两位有效数字)(2)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偏向纵轴 B偏向横轴C斜率逐渐减小 D斜率不变答案：(1)0.259.8(2)D解析：(1)对铝箱分析，有FTmgma，对滑轮有F2FT，联立可得aFg，可知图线的斜率k kg1，解得m0.25 kg，纵轴截距g9.8 m/s2，解得g9.8 m/s2.(2)图线的斜率k保持不变，为定值，可知当砂桶和砂的总质量较大时，图线的斜率不变，故选D.能力
8、提升5(2018甘肃酒泉一模)物理小组在一次探究活动中测量滑块与木板之间的动摩擦因数，实验装置如图甲所示，一表面粗糙的木板固定在水平桌面上，一端装有定滑轮；木板上有一滑块，其一端与打点计时器的纸带相连，另一端通过跨过定滑轮的细线与托盘连接打点计时器使用的交流电源的频率为50 Hz.开始实验时，在托盘中放入适量砝码，滑块开始做匀加速运动，在纸带上打出一系列小点(1)图乙给出的是实验中该同学得到的一条较为理想的纸带，从清晰的A点开始，每隔4个点取一计数点(中间4个点没画出)，分别记为B、C、D、E、F、G，由此纸带可得到此次实验滑块的加速度a_ m/s2.(结果保留两位有效数字)(2)为测量动摩擦
9、因数，下列物理量中还应测量的有_(填入所选物理量前的字母)A木板的长度l B木板的质量m1C滑块的质量m2 D托盘和砝码的总质量m3E滑块运动的时间t(3)滑块与木板间的动摩擦因数_(用所测物理量的字母表示，重力加速度为g)，与真实值相比，测得的动摩擦因数_(填“偏大”或“偏小”)答案：(1)0.48(2)CD(3)偏大解析：(1)根据a，运用逐差法可得a102 m/s20.48 m/s2.(2)以系统为研究对象，由牛顿第二定律得m3gf(m2m3)a，滑动摩擦力fm2g，解得.要测量动摩擦因数，则需要测出：滑块的质量m2、托盘和砝码的总质量m3，故C、D正确(3)由(2)可知，动摩擦因数的表
10、达式为，由于存在限位孔与纸带的摩擦等，因此导致测得的动摩擦因数偏大6(2018江西八校联考)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(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
11、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，则小车的质量为_A2tan B. Ck D.答案：(1)BCD (2)1.3 (3)D解析：(1)由实验原理图可以看出，由弹簧测力计的示数可得到小车所受的合外力的大小，故不需要测砂和砂桶的质量，也不需要保证砂和砂桶的质量m远小于小车的质量M，A、E错；为保证绳上拉力提供合外力，必须平衡摩擦力，B对；小车应靠近打点计时器，先接通电源，再释放小车，同时读出弹簧测力计的示数，C对；为了多测几组数
12、据，需改变砂和砂桶的质量多做几次实验，D对(2)由逐差法可得：小车的加速度a，将T3 s0.06 s代入可得a1.3 m/s2.(3)由题图结合牛顿第二定律，有2FMa，得aF则图象斜率k，得小车的质量M，故A、B、C错，D对7(2018湖南长沙模拟)甲、乙两同学均设计了测动摩擦因数的实验已知重力加速度为g.甲(1)甲同学所设计的实验装置如图甲所示其中A为一质量为M的长直木板，B为木板上放置的质量为m的物块，C为物块右端连接的一轻质弹簧测力计实验时用力将A从B的下方抽出，通过C的读数F1即可测出动摩擦因数则该设计能测出_(填“A与B”或“A与地面”)之间的动摩擦因数，其表达式为_(2)乙同学的
13、设计如图乙所示他在一端带有定滑轮的长木板上固定有A、B两个光电门，与光电门相连的计时器可以显示带有遮光片的物块在其间的运动时间，与跨过定滑轮的轻质细绳相连的轻质测力计能显示挂钩处所受的拉力实验时，多次改变砂桶中砂的质量，每次都让物块从靠近光电门A处由静止开始运动，读出多组测力计示数F及对应的物块在两光电门之间的运动时间t.在坐标系中作出F的图线如图丙所示，图线的斜率为k，与纵轴的截距为b，与横轴的截距为c.因乙同学不能测出小车质量，故该同学还应该测出的物理量为_根据该测量物理量及图线信息可知物块与木板之间的动摩擦因数表达式为_ 乙丙答案：(1)A与B (2)光电门A、B之间的距离x 解析：(1)当A达到稳定状态时B处于静止状态，弹簧测力计的读数F与B所受的滑动摩擦力Ff大小相等，B对木板A的压力大小等于B的重力mg，由FfFN得，由从C上读取F1，则可求得，为A与B之间的动摩擦因数(2)小车由静止开始做匀加速运动，位移xat2a根据牛顿第二定律得对于物块，F合Fmgma则：Fmg则图线的斜率为：k2mx，纵轴的截距为bmg；k与摩擦力是否存在无关，小车与长木板间的动摩擦因数：.