第3章 实验4 验证牛顿运动定律-【直击双1流】2023版高考物理真题分类全刷

实验 4　 验证牛顿运动定律 1. (2022 山东卷,13,6 分,★★) 在天宫课堂 中,我国航天员演示了利用牛顿第二定律测 量物体质量的实验,受此启发,某同学利用 气垫导轨、力传感器、无线加速度传感器、轻 弹簧和待测物体等器材设计了测量物体质 量的实验,如图甲所示。 主要步骤如下: 甲 ① 将力传感器固定在气垫导轨左端支架 上,加速度传感器固定在滑块上; ② 接通气源,放上滑块,调平气垫导轨; ③ 将弹簧左端连接力传感器,右端连接滑 块,弹簧处于原长时滑块左端位于 O 点,A 点到 O 点的距离为 5. 00 cm,拉动滑块使其 左端处于 A 点,由静止释放并开始计时; ④ 计算机采集获取数据,得到滑块所受弹 力 F、加速度 a随时间 t变化的图像,部分图 像如图乙所示。 乙 丙 回答以下问题(结果均保留 2 位有效数字): (1) 弹簧的劲度系数为 N / m。 (2) 该同学从图乙中提取某些时刻F与a的 数据,画出 a - F 图像如图丙中 Ⅰ 所 示,由此可得滑块与加速度传感器的总 质量为 kg。 (3) 该同学在滑块上增加待测物体,重复上 述实验步骤,在图丙中画出新的 a - F 图 像 Ⅱ, 则 待 测 物 体 的 质 量 为 kg。 2. (2021 全国卷甲,22,5 分,★★★) 为测量 小铜块与瓷砖表面间的动摩擦因数,一同 学将贴有标尺的瓷砖的一端放在水平桌面 上,形成一倾角为 α 的斜面(已知 sin α = 0. 34,cos α = 0. 94),小铜块可在斜面上加 速下滑,如图所示。 该同学用手机拍摄小 铜块的下滑过程,然后解析视频记录的图 像,获得 5 个连续相等时间间隔(每个时间 间隔 ΔT =0. 20 s) 内小铜块沿斜面下滑的 距离 si( i = 1,2,3,4,5),如下表所示。 s1 s2 s3 s4 s5 5. 87 cm 7. 58 cm 9. 31 cm 11. 02 cm 12. 74 cm 由表中数据可得,小铜块沿斜面下滑的加 速度大小为 m / s2,小铜块与瓷 砖表面间的动摩擦因数为 。 (结果均保留 2 位有效数字,重力加速度大 小取 9. 80 m / s2) 3. (2021 湖南卷,11,6 分,★★) 某实验小组 利用图甲所示装置探究加速度与物体所受 合外力的关系。 主要实验步骤如下: 甲 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 53 乙 (1) 用游标卡尺测量垫块厚度 h,示数如图 乙所示,h = cm; (2) 接通气泵,将滑块轻放在气垫导轨上, 调节导轨至水平; (3) 在右支点下放一垫块,改变气垫导轨的 倾斜角度; (4) 在气垫导轨合适位置释放滑块,记录垫 块个数 n 和滑块对应的加速度 a; (5) 在右支点下增加垫块个数(垫块完全相 同),重复步骤(4),记录数据如下表: n 1 2 3 4 5 6 a / (m·s -2 ) 0. 087 0. 180 0. 260 0. 425 0. 519 根据表中数据在图丙上描点, 绘制 图线。 丙 如果表中缺少的第 4 组数据是正确的, 其应该是 m / s2(结果保留3位有 效数字)。 4. (2020 课标 Ⅱ,22,5 分,★★) 一细绳跨过 悬挂的定滑轮,两端分别系有小球 A 和 B, 如图所示。 一实验小组用此装置测量小球 B 运动的加速度。 令两小球静止,细绳拉紧,然后释放小球,测 得小球 B 释放时的高度 h0 = 0. 590 m,下降 一段距离后的高度 h = 0. 100 m;由 h0 下降 至 h 所用的时间 T = 0. 730 s。 由此求得小 球 B加速度的大小为 a = m / s2(结 果保留 3 位有效数字)。 从实验室提供的数据得知,小球 A、B 的质量 分别为 100. 0 g 和 150. 0 g,当地重力加速度 大小为 g = 9. 80 m/ s2。 根据牛顿第二定律 计算可得小球 B 加速度的大小为 a′ = m/ s2(结果保留 3 位有效数字)。 可以看出,a′ 与 a 有明显差异,除实验中的 偶然误差外,写出一