第3章 实验4 验证牛顿运动定律(教参)-【名师导航】2024年高考物理一轮总复习(老高考)人教版

　验证牛顿运动定律 教材原型实验　 1．在“验证牛顿运动定律”实验中，采用如图所示的装置进行实验。 (1)对小车进行“平衡摩擦力”操作时，下列必须进行的是________(填字母序号)。 A．取下砂和砂桶 B．在空砂桶的牵引下，轻推一下小车，小车能做匀速直线运动 C．小车拖着穿过打点计时器的纸带做匀速运动时，打点计时器的电源应断开 D．把长木板没有定滑轮的一端垫起适当高度 (2)实验中，已经测出小车的质量为M，砂和砂桶的总质量为m，若要将砂和砂桶的总重力大小作为小车所受拉力F的大小，这样做的前提条件是________。 (3)在实验操作中，下列说法正确的是________。 A．求小车运动的加速度时，可用天平测出砂和砂桶的质量M′和m′，以及小车质量M，直接用公式a＝g求出 B．实验时，应先接通打点计时器的电源，再放开小车 C．每改变一次小车的质量，都需要改变垫入的小木块的厚度 D．先保持小车质量不变，研究加速度与力的关系；再保持小车受力不变，研究加速度与质量的关系，最后归纳出加速度与力、质量的关系 [解析]　(1)平衡摩擦力是使小车所受重力沿木板方向的分力与小车所受摩擦力平衡，故A、D项正确，B项错误；为确定小车是否做匀速运动，需要通过纸带上点迹是否均匀来判断，故C项错误。 (2)根据牛顿第二定律得mg＝(M＋m)a，解得 a＝，则绳子的拉力F＝Ma＝＝， 可知当砂和砂桶的总质量远小于小车质量时，小车所受的拉力大小等于砂和砂桶的总重力，所以应满足的条件是砂和砂桶的总质量远小于小车的质量。 (3)本实验是“验证牛顿运动定律”，所以不能把牛顿第二定律当成已知的公式来使用，故A错误；使用打点计时器时，应该先接通电源，后释放纸带，故B正确；平衡摩擦力后有μ＝tan θ，小车质量改变时，总满足mgsin θ＝μmgcos θ，与小车质量无关，所以不用再次平衡摩擦力，故C错误；本实验采用控制变量法，故D正确。 [答案]　(1)AD　(2)砂和砂桶的总质量远小于小车的质量　(3)BD 2．(2022·四川成都石室中学二模)某实验小组用如图甲所示的装置做“探究物体的加速度与质量、所受合外力的关系”的实验。 甲 乙 (1)安装好实验装置后，首先平衡摩擦力。将长木板的右端适当垫高，不挂砝码盘时轻推小车，若打点计时器在纸带上打出的点越来越密集，则应将长木板下的小垫块向________(选填“左”或“右”)移些。重复调整小垫块的位置，直到打点计时器在纸带上打出的点间距相等时，说明摩擦力已平衡； (2)图乙为保持小车质量M不变，研究a与F的关系时打出的一条纸带。A～G为7个计数点，每两个相邻计数点间还有4个点未标出。测得x1＝7.05 cm、x2＝7.68 cm、x3＝8.34 cm、x4＝8.95 cm、x5＝9.61 cm、x6＝10.25 cm。已知电源的频率为50 Hz，则a＝________m/s2(结果保留三位有效数字)； (3)可以判断打下C点时，小车已经运动了______________s(结果保留两位有效数字)； (4)若小组中甲、乙两同学先后研究a与F的关系时，其中一位同学在小车中添加了砝码。两同学各自得到的a­F图象分别如图丙中的b、c所示，则小车中所加砝码质量是小车质量的________倍； 丙 (5)之后，保持F不变，研究a与M的关系(m为砝码盘与盘中砝码的总质量)。在绘出a­图线后，发现在较大时图线发生了明显的弯曲，为使作出的图线为直线，下列正确的做法是________。 A．改作a­(M＋m)图线 B．改作a­图线 C．改作a­图线 D．改作a­图线 [解析]　(1)将长木板的右端适当垫高，不挂砝码盘时轻推小车，若打点计时器在纸带上打出的点越来越密集，说明小车做减速运动，则应将长木板下的小垫块向左移动，使木板倾角变大一些。 (2)每两个相邻计数点间还有4个点未标出，则计数周期为T＝＝0.1 s 根据逐差法可得 a＝≈63.8 cm/s2＝0.638 m/s2。 (3)打下C点时，小车的速度为 vC＝＝80.1 cm/s＝0.801 m/s 打下C点时，小车已经运动了 t＝≈1.3 s。 (4)由图象可知，图线的斜率为k＝＝ 则有Mc＝ kg＝ kg，Mb＝ kg＝ kg 则小车中所加砝码质量是小车质量的 ＝＝倍。 (5)图线在较大时发生了明显的弯曲，说明不满足托盘和砝码的质量远小于小车质量，此时应该把托盘和砝码与小车看成一个整体，有a＝应做出a­图线，故A、B、D错误，C正确。故选C。 [答案]　(1)左　(2)0.638　(3)1.3　(4)　(5)C 3．(2022·广东茂名实验中学模拟)某实验小组利用如图1所示的装置“探究加速度与物体受力、物体质量的关系”。 图1 (1)实验中除了需要小车、砝码、托盘、细绳、