专题07 利用牛顿第二定律解决动力学实验--2023-2024学年高中物理同步练习分类专题教案（人教版2019必修第一册）

第四章　运动和力的关系 专题07：利用牛顿第二定律解决动力学实验 题组一　探究加速度与力、质量的关系 1.(2023江苏南京期末)甲、乙、丙三个实验小组分别采用如图(a)、(b)、(c)所示的实验装置，探究“当质量一定时，物体运动的加速度与它所受的合力成正比”这一物理规律。已知他们使用的小车完全相同，小车的质量为M，重物的质量为m，试回答下列问题： (1)①甲、乙、丙三个实验小组中，必须补偿小车和长木板之间的阻力的实验小组是　　　　。  A.甲、乙、丙 B.甲、乙 C.甲、丙 ②实验时，必须满足“M远大于m”的实验小组是　　　　(填“甲”“乙”或“丙”)。  ③实验时，甲、乙、丙三组同学的操作均完全正确，他们作出的a-F图线如图(d)中A、B、C所示，则甲、乙、丙三组实验对应的图线依次是　　　　(填“A、B、C”“C、B、A”或“C、A、B”)。  (2)实验中，有同学用打点计时器得到了在不同拉力作用下的几条较为理想的纸带，并在纸带上每5个点取一个计数点，按打点先后依次标为0，1，2，3，4，5。由于不小心，几条纸带都被撕断了，如图所示(交流电源的频率为50 Hz，图中数据为相邻两计数点间的距离)，请根据给出的四段纸带判断：在b、c、d三段纸带中，可能是从纸带a上撕下的是　　　　。  A.b　　　B.c C.d　　　D.无法确定 (3)小明同学采用图(b)所示实验装置探究“质量一定时加速度与力的关系”实验，以弹簧测力计的示数F为横坐标，加速度a为纵坐标，画出的a-F图像是图(d)中的一条直线，图线与横坐标的夹角是θ，求得图线的斜率为k，则小车的质量为　　　　。  题组二　测定动摩擦因数 2.(2023湖北武汉期末)如图(a)所示，某同学设计了测量铁块与木板间动摩擦因数的实验。所用器材有：铁架台、长木板、铁块、米尺、电磁打点计时器、频率为50 Hz的交流电源、纸带等。某次实验时，调整木板与水平面的夹角使θ=30°。接通电源，开启打点计时器，释放铁块，铁块从静止开始沿木板滑下。多次重复后选择点迹清晰的一条纸带，如图(b)所示。回答下列问题： (1)图(b)中的点为计数点(每两个相邻的计数点间还有4个点未画出)，可得相邻计数点之间的时间T为　　　　s。  (2)纸带上打下A点时铁块的瞬时速度为　　　　cm/s。  (3)铁块与木板间的动摩擦因数μ=　　　　(用木板与水平面的夹角θ、重力加速度g和铁块下滑的加速度a表示)。  (4)根据纸带上的数值可得铁块的加速度a为　　　　m/s2(结果保留2位小数)。  (5)可以计算出铁块与木板间的动摩擦因数为　　　　(结果保留2位小数)。  3.(2023山东青岛模拟)实验小组采用如图甲所示实验装置测量木块与木板间的动摩擦因数μ，提供的器材有：带定滑轮的长木板、有凹槽的木块、20 g的钩码若干、打点计时器、电源、纸带、细线等。实验中将部分钩码悬挂在细线下，剩余的全部放在木块的凹槽中，保持长木板水平，利用打出的纸带测量木块的加速度。 (1)正确进行实验操作，选取一条纸带，从某个清晰的点开始，依次标注0、1、2、3、4、5、6，分别测出位置0到位置3、位置6间的距离，如图乙所示，已知打点周期T=0.02 s，则木块的加速度a=　　　　m/s2。(结果保留2位小数)  (2)从木块凹槽中移出钩码逐个悬挂到细线下端，改变悬挂钩码的总质量m，测得相应的加速度a，作出a-m图像如图丙所示。已知当地重力加速度g=9.8 m/s2，则木块与木板间的动摩擦因数μ=　　　　(保留2位有效数字)；μ的测量值　　　　(选填“大于”“小于”或“等于”)真实值。  (3)实验中　　　　(选填“需要”或“不需要”)满足悬挂钩码质量远小于木块和槽中的钩码总质量。  答案与解析 第四章　运动和力的关系 专题强化练7　利用牛顿第二定律解决动力学实验 1.答案　(1)①A　②甲　③C、A、B　(2)B　(3) 解析　(1)①甲、乙、丙三个实验小组所做的实验中，小车和长木板之间都有阻力，为使小车所受的拉力就是其所受的合力，需要补偿阻力，故A正确。 ②(a)图是用重物的重力大小代替绳上的拉力，所以必须满足“M远大于m”；(b)、(c)两图绳上的拉力由弹簧测力计和力传感器直接测出，所以不需要满足“M远大于m”，故填甲。 ③(a)图用重物的重力大小代替绳子的拉力，需满足“M远大于m”，随着m的增大，不再满足“M远大于m”时，图像出现弯曲，所以甲组实验对应的图线为C；当(b)、(c)两图中重物重力相等时，a乙>a丙，从而确定乙组实验对应图线A，丙组实验对应图线B。 (2)由匀变速直线运动的特点可知连续相等的时间间隔内的位移差相等，得出x1~2-x0~1=6.11 cm-3.00 cm=3.11 cm，而xb-x1~2=7.43