实验四 验证牛顿运动定律（正文）-2021高考物理【衡中学案】1轮总复习（全国版）

x1 ,假设小物块速度为 0 时没有滑落,根据运动学公式有 x1 = v21 2a ,解得 x1 = 1. 25 m,x1 < L 2 ,小物块没有滑落,所以小物块沿传送带向下滑动 的最远距离 x1 = 1. 25 m, 小物块向下滑动的时间为 t1 = v1 a = 2. 5 s, 传送带运动的距离 s1 = v0 t1 , 解得 s1 = 5 m, 小物块相对传送带运动的距离 Δx = s1 + x1 , 解得 Δx = 6. 25 m,因传送带总长度为 2L = 6 m,所以传送带上留下的划 痕长度为 6 m。 (2)小物块速度减小为 0 后,加速度不变,沿传送带向上做匀加速运动。 设小物块到达传送带最上端时的速度大小为 v2 ,假设此时二者不共速, 则有 v22 = 2a(x1 + L 2 ), 解得 v2 = 55 5 m / s, v2 < v0 ,即小物块离开传送带时还没有与传送带共速,因此,小物块离开 传送带时的速度大小为 55 5 m / s。 实验四　 验证牛顿运动定律 知识梳理自测巩固 　 　 二、控制变量法　 力 F　 质量 M 三、(3)重力沿斜面向下的分力 四、(2)小车和车中砝码质量的倒数　 1 M 　 小车受到的合力　 小盘和 盘中砝码的重力 mg 核心考点重点突破 　 　 典例试做 1:(1)0. 92　 (2)0. 56　 0. 005 6 解析:本题考查探究加速度与合力、质量关系实验的注意事项、数据处 理和对 a - F 图象的理解。 (1)打点计时器的打点周期 T = 1 f = 0. 02 s,相邻两计数点间有 4 个 计时点未画出,则相邻两计数点间的时间间隔 t = 5 × 0. 02 s = 0. 1 s,小车的 加速度 a = OD - 2OB (2t)2 = 0. 145 6 m - 2 × 0. 054 4 m (2 × 0. 1 s)2 = 0. 92 m / s2 。 (2)因为小车质量远大于托盘和砝码的总质量,所以小车所受合力等 于托盘和砝码的重力,设托盘的质量为 m0 ,小车的质量为 M,由牛顿第二 定律得 F + m0 g = Ma,由以上两式解得 a = 1 M F + m0 g M ,则 1 M 表示斜率, m0 g M 表示 截 距, 由 题 图 丙 知 1 M = 9 5 , m0 g M = 0. 1, 解 得 M = 0. 56 kg, m0 = 0. 005 6 kg。 类题演练 1:(1)B　 (2)B　 (3)B 解析:本题考查探究加速度与合力、质量的关系实验的实验方法、原理 和作图。 (1)本实验先保证小车质量不变,探究加速度与合力的关系;再保证小 车所受合力不变,探究加速度与小车质量的关系,该实验采用的研究方法 为控制变量法,选项 B 正确。 (2)根据牛顿第二定律,对钩码有 mg - F = ma,对小车有 F = Ma,由以 上两式解得小车所受的拉力 F = M M + m mg = 1 1 + m M mg,当 m≪M 时,小车释 放后所受的合外力近似等于钩码的重力 mg,选项 B 正确。 (3)加速度 a 与质量 M 成反比,为了比较容易地看出加速度 a 与质量 M 的关系应作 a - 1 M 图象,选项 B 正确,选项 A、C、D 错误。 典例试做 2:(1)0. 20　 10　 (2)CD 解析:本题考查利用力传感器探究加速度与合力、质量的关系。 (1)对物块分析可得 FT - mg = ma,对滑轮应有 F = 2FT ,联立以上方 程可得 a = 1 2m F - g,可得 a - F 图线的斜率 k = 1 2m ,代入图象数据解得 m = 0. 20 kg,纵轴的截距 - g = - 10 m / s2 ,解得 g = 10 m / s2 。 (2)由图象可知实验得到的加速度 a 的值应该大于 0 小于 9 m / s2 ,符 合条件的只有 C、D。 类题演练 2:(1)CD　 (2)减小　 (3)mg　 (4)不需要　 需要 解析:(1)本题考查利用改进实验探究加速度与合力、质量的关系。 (1)打点计时器使用交流电源,故不能用手机充电宝电池盒给打点计 时器供电,选项 A 错误;实验时应先接通打点计时器电源,再释放小车,选 项 B 错误;实验时应保持细绳与平板平行,选项 C 正确;应让小车从靠近定 滑轮处开始运动,选项 D 正确。 (2)在操作①中若打了一条如图乙所示的纸带,可知小车做加速运动, 则平板的倾角过大,应将平板的倾角适当减小些。 (3)小车沿斜面向下做匀速直线运动时,由平衡条件得 Mgsin θ = f + mg,解得 mg = Mgsin θ - f,去掉沙和沙桶,小车所受的合力 F合 = Mgsin θ