2026届高考物理一轮复习题型训练10.4实验：验证牛顿运动定律

题型训练10.4实验：验证牛顿运动定律 1.某同学设计了如图所示的装置来探究加速度与力的关系.弹簧秤固定在一合适的木板上，桌面的右边缘固定一支表面光滑的铅笔以代替定滑轮，细绳的两端分别与弹簧秤的挂钩和矿泉水瓶连接.在桌面上画出两条平行线MN、PQ，并测出间距d.开始时将木板置于MN处，现缓慢向瓶中加水，直到木板刚刚开始运动为止，记下弹簧秤的示数F₀，以此表示滑动摩擦力的大小.再将木板放回原处并按住，继续向瓶中加水后，记下弹簧秤的示数F₁，然后释放木板，并用秒表记下木板运动到PQ处的时间t. (1)木板的加速度可以用d，t表示为a= ；为了减小测量加速度的偶然误差可以采用的方法是(一种即可) . (2)改变瓶中水的质量重复实验，确定加速度a与弹簧秤示数F₁的关系.下列图像能表示该同学实验结果的是 . (3)用加水的方法改变拉力的大小与挂钩码的方法相比，它的优点是 . A.可以改变滑动摩擦力的大小 B.可以更方便地获取多组实验数据 C.可以比较精确地测出摩擦力的大小 D.可以获得更大的加速度以提高实验精度 2.图甲为验证牛顿第二定律的实验装置示意图.图中打点计时器的电源为50Hz的交流电源，打点的时间间隔用△t表示.在小车质量未知的情况下，某同学设计了一种方法用来探究“在外力一定的条件下，物体的加速度与其质量间的关系”. (1)完成下列实验步骤中的填空： ①平衡小车所受的阻力：小吊盘中不放物块，调整木板右端的高度，用手轻拨小车，直到打点计时器打出一系列 的点. ②按住小车，在小吊盘中放入适当质量的物块，在小车中放入砝码. ③打开打点计时器电源，释放小车，获得带有点列的纸带，在纸袋上标出小车中砝码的质量m. ④按住小车，改变小车中砝码的质量，重复步骤③. ⑤在每条纸带上清晰的部分，每5个间隔标注一个计数点.测量相邻计数点的间距s₁，s₂，….求出与不同m相对应的加速度a. ⑥以砝码的质量m为横坐标， 为纵坐标，在坐标纸上作出 关系图线.若加速度与小车和砝码的总质量成反比，则 与m应成 (填“线性”或“非线性”)关系. (2)完成下列填空： (i)本实验中，为了保证在改变小车中砝码的质量时，小车所受的拉力近似不变，小吊盘和盘中物块的质量之和应满足的条件是 . (ii)设纸带上三个相邻计数点的间距为s₁、s₂和s₃. a可用s₁、s₃和△t表示为a= .图乙为用米尺测量某一纸带上的s₁、s₃的情况，由图可读出 mm,s₃= mm,由此求得加速度的大小a= m/s². (iii)图丙为所得实验图线的示意图.设图中直线的斜率为k，在纵轴上的截距为b，若牛顿定律成立，则小车受到的拉力为 ，小车的质量为 . 3.某实验小组利用图示的装置探究加速度与力、质量的关系. (1)下列做法正确的是 (填字母代号). A.调节滑轮的高度，使牵引木块的细绳与长木板保持平行 B.在调节木板倾斜度平衡木块受到的滑动摩擦力时，将装有砝码的砝码桶通过定滑轮拴在木块上 C.实验时，先放开木块再接通打点计时器的电源 D.通过增减木块上的砝码改变质量时，不需要重新调节木板倾斜度 (2)为使砝码桶及桶内砝码的总重力在数值上近似等于木块运动时受到的拉力，应满足的条件是砝码桶及桶内砝码的总质量 (填“远大于”“远小于”或“近似等于”)木块和木块上砝码的总质量. (3)甲、乙两同学在同一实验室，各取一套图示的装置放在水平桌面上，木块上均不放砝码，在没有平衡摩擦力的情况下，研究加速度a与拉力F的关系，分别得到图中甲、乙两条直线.设甲、乙用的木块质量分别为mφ、mz，甲、乙用的木块与木板间的动摩擦因数分别为μ甲、μz,由图可知,m∥ mz,μ甲 μz(填“大于”“小于”或“等于”). 4.某同学利用图(a)所示实验装置及数字化信息系统获得了小车加速度a与钩码的质量m的对应关系图.如图(b)所示.实验中小车(含发射器)的质量为200g，实验时选择了不可伸长的轻质细绳和轻定滑轮，小车的加速度由位移传感器及与之相连的计算机得到.回答下列问题： (1)根据该同学的结果，小车的加速度与钩码的质量成 (填“线性”或“非线性”)关系. (2)由图(b)可知，a-m图线不经过原点，可能的原因是 . (3)若利用本实验装置来验证“在小车质量不变的情况下，小车的加速度与作用力成正比”的结论，并直接以钩码所受重力 mg作为小车受到的合外力，则实验中应采取的改进措施是 ，钩码的质量应满足的条件是 . 5.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： 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5.00cm，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. 回答以下问题(结果均保留两位有效数字)： (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. 6.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，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，其一端与电磁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)下图给出的是实验中获取的一条纸带的一部分：0,1,2,3,4,5,6,7是计数点,每相邻两计数点间还有4个打点(图中未标出)，计数点间的距离如图所示.根据图中数据计算的加速度a= (保留三位有效数字). (2)回答下列两个问题： ①为测量动摩擦因数，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m₁ C.滑块的质量m₂ D.托盘和砝码的总质量m₃ E.滑块运动的时间t ②测量①中所选定的物理量时需要的实验器材是 (3)滑块与木板间的动摩擦因数μ= (用被测物理量的字母表示，重力加速度为g).与真实值相比，测量的动摩擦因数 (填“偏大”或“偏小”).写出支持你的看法的一个论据： 7.如图(a),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50Hz的交流电源、纸带等.回答下列问题： (1)铁块与木板间动摩擦因数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). (2)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.图中的点为计数点(每两个相邻的计数点间还有4个点未画出).重力加速度为9.80m/s².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). 8.某同学利用测质量的小型家用电子秤，设计了测量木块和木板间动摩擦因数μ的实验.如图(a)所示，木板和木块A放在水平桌面上，电子秤放在水平地面上，木块A和放在电子秤上的重物B通过跨过定滑轮的轻绳相连.调节滑轮，使其与木块A间的轻绳水平，与重物B间的轻绳竖直.在木块A上放置n(n=0,1,2,3,4,5)个砝码(电子秤称得每个砝码的质量m₀为20.0g)，向左拉动木板的同时，记录电子秤的对应示数m. 学科网（北京）股份有限公司 (1)实验中，拉动木板时 (填“必须”或“不必”)保持匀速. (2)用mA和mB分别表示木块A和重物B的质量，则m和mʌ、mB、m₀、μ、n所满足的关系式为 (3)根据测量数据在坐标纸上绘制出m-n-n图像，如图 (b)所示，可得木块A和木板间的动摩擦因数 (保留2位有效数字). 学科网（北京）股份有限公司 保持F₁不变，重复实验多次测量，求平均值； (2)C;(3)BC. 【解析】(1)由运动学公式得 为了减小测量加速度的偶然误差可以采用的方法是保持F₁不变，重复实验多次测量，求平均值； (2)由牛顿第二定律得. ，当F₁>f时，木板才产生加速度，此实验要求水的质量必须远远小于木板质量，当矿泉水的质量逐渐增大到一定量后，图像将向下弯曲，只有图像C符合该同学的实验结果，ABD不符合题意，故C正确； (3)不可以改变滑动摩擦力的大小，故A错误；缓慢向瓶中加水，可以更方便地获取多组实验数据，故B正确；缓慢向瓶中加水，直到木板刚刚开始运动，可以比较精确地测出摩擦力的大小，故C正确；并没有获得很大的加速度，可以获取多组实验数据以提高实验精度，故D错误.综上答案为BC. 2.(1)等间距，线性；(2)(i)远小于小车和砝码的总质量(填“远小于小车的质量”同样给分); 24.2(答案范围在23.9~24.5之间均给分),47.3(答案范围在47.0~47.6之间均给分),1.16(答案范围在1.13~1.19之间均给分);(iii) 【解析】(1)小车平衡摩擦力后，小车做匀速直线运动，打点计时器打出的点间距基本相等.对小车，由牛顿第二定律得 可得 即 与m为一次函数关系，是线性关系. (2)(i)为保证小车所受拉力近似不变，由牛顿第二定律知，应满足小吊盘和盘中物块的质量之和远小于小车的质量. (ii)由逐差法 得 由s₁=36.7mm-12.5mm=24.2mm,s₃=120.0mm-72.7mm=47.3mm,换算代入 (iii)由 结合图像可得 3.(1)AD;(2)远小于;(3)小于,大于. 【解析】(1)砝码桶及桶内砝码的重力作为木块受到的合外力，故应保证细线与长木板保持平行，故A正确；平衡摩擦力，是木块重力沿斜面方向的分力与滑动摩擦力平衡，此过程不能悬挂砝码桶和砝码，故B错误；应先接通打点计时器再释放木块,故C错误;平衡摩擦力即mgsinθ=μmgcosθ,变形可得μ=tanθ，即增减木块上砝码的质量不需要再重新调节木板的倾斜度，故D正确； (2)由于砝码桶及桶内砝码并非做匀速直线运动，故砝码桶及桶内砝码的重力不等于细线的拉力，若要把砝码桶及桶内砝码的重力作为木块受到的合外力，须保证砝码桶及桶内砝码的总质量远小于木块和木块上砝码的质量； (3)由牛顿第二定律可得F-μmg= ma,整理可得a= 图像的斜率越大木块的质量越小，可得m甲< mz;|图像的纵轴截距越大，动摩擦因数越大，则μ甲>μ乙· 4.(1)非线性；(2)存在摩擦力；(3)调节轨道的倾斜度以平衡摩擦力，远小于小车的质量. 【解析】(1)根据题图(b)坐标系给出的数据点连线，可看出小车的加速度与钩码的质量成非线性关系. (2)根据题图(b)可知，小车受到钩码的拉力作用，但没有加速度，则必有阻力—摩擦力，可能的原因是未平衡摩擦力或平衡摩擦力不足. (3)在平衡了摩擦力的前提下，只有钩码的质量远小于小车的质量时，钩码的加速度对实验所产生的影响才能被忽略，此时可以直接以钩码所受重力 mg作为小车受到的合外力. 5.(1)12;(2)0.20;(3)0.13. 【解析】(1)弹簧伸长量 此时弹簧的弹力F=0.610N，由胡克定律可得弹簧劲度系数k (2)由牛顿第二定律F=ma得 即a-F图像的斜率的倒数表示滑块与加速度传感器的总质量，则总质量 (3)滑块 、加速度传感器和待测物体的总质量； 故待测物体的质量 0.13kg. 6.(1)0.496~0.497m/s²;(2)①CD,②天平; 偏大，没有考虑打点计时器对纸带的摩擦、没有考虑细线与滑轮间的摩擦. 【解析】(1)纸带上给了7段长度，可以采用去掉第一段、去掉中间一段和去掉最后一段的方法来计算纸带的加速度. 去掉第一段，则 去掉最后一段，则 【解析】(1)对铁块受力分析，铁块受重力、支持力和摩擦力，铁块沿木板向下运动，由牛顿第二定律得 mgsinθ一μmgcosθ= ma,解得 (2)由纸带中的数据，舍弃中央段数据，由逐差法可求得铁块的加速度大小为 联立解得 8.(1)不必;(2)mB-μmA-μm₀n;(3)0.40. 【解析】(1)当木板发生滑动时，无论是否匀速，木块A所受到的滑动摩擦力均不变. (2)对A 进行受力分析有 对 B进行受力 分 析有 联 立 有 nm₀)g= mg,可得1 (3)在 m-n图像中,由(2)可知斜率k=-μm₀,又 20.0g，选取题图像中两点求出斜率k即可，则 究平抛运动的特点 轨末端正下方，使小球每次做平抛运动的初速度都相同；(2)使记录纸上每两点之间的水平距离等于小球在水平方向实际运动的距离；(3)如答图所示. 【解析】实验前应对实验装置反复调节，直到斜槽末端水平，每次让小球从同一位置由静止释放，是为了保持小球水平抛出的初速度相同；平抛运动可分解为水平方向的匀速直线运动，每次将B板向内侧平移距离d，是为了保持相邻痕迹点的水平距离大小相同. $