2021年高考物理一轮复习考点优化训练专题11 实验：验证牛顿第二定律 测定摩擦因数

试卷更新日期：2020-07-19 类型：一轮复习

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一、实验探究题

  • 1. 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（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（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，写出一条可能产生这一结果的原因：。

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  • 2. 甲、乙、丙三个实验小组分别采用如图（甲）、（乙）、（丙）所示的实验装置，验证“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)、甲、乙、丙实验中，必须平衡小车和长木板之间的摩擦力的实验小组是____。
    A、甲、丙 B、甲、乙 C、甲、乙、丙
    (2)、实验时，必须满足“M远大于m”的实验小组是。
    (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（丁）中A，B，C所示，则甲、乙、丙三组实验对应的图线依次是 ， ， 。

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  • 3. 某同学欲测量小木块与斜面间的动摩擦因数，其实验装置如图甲所示，光电门的位置B、C可沿斜面移动，木块上固定有宽度为d的挡光窄片．物块在斜面上滑动时，光电门可以显示出挡光片的挡光时间．

    (1)、用游标卡尺测量挡光片的宽度，其示数如图乙所示，则挡光片的宽度为mm．
    (2)、在A处用力推动物块，物块沿斜面下滑，依次经过B、C ， 光电门1、2显示的时间分别为30 ms、40 ms，则物块经过B处时的速度大小为m/s（结果保留两位有效数字），经过C处时的速度大小为

    m/s（结果保留两位有效数字），比较物块经过B、C处的速度大小可知，应（选填“增大”或“减小”）斜面的倾角，直至两光电门的示数相等．

    (3)、正确调整斜面的倾角后，用刻度尺测得斜面的长度L和斜面顶端与底端的高度差h ， 则物块与斜面间的动摩擦因数可表示为μ=（用L、h表示）．

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  • 4. 某同学设计了一个如图甲所示的装置来测定滑块与木板间的动摩擦因数，其中A为滑块，B和C处是钩码，不计绳和滑轮的质量及它们之间的摩擦．实验中该同学保持在B和C处钩码总个数不变的条件下，改变C处钩码个数，测出C处不同个数钩码的总质量m及对应加速度a，然后通过对实验数据的分析求出滑块与木板间的动摩擦因数．

    (1)、该同学手中有电火花计时器、纸带、10个质量均为100克的钩码、滑块、一端带有定滑轮的长木板、细线，为了完成本实验，得到所要测量的物理量，还需要________．
    A、秒表 B、毫米刻度尺 C、天平 D、弹簧测力计
    (2)、在实验数据处理中，该同学以C处钩码的总质量m为横轴，以加速度a为纵轴，绘制了如图乙所示的实验图线，可知滑块与木板间的动摩擦因数μ= ． (g取10m/s2)

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  • 5. 在没有天平的情况下，实验小组利用以下方法对质量进行间接测量，装置如图甲所示：一根轻绳跨过轻质定滑轮与两个相同的重物P、Q相连，重物P、Q的质量均为m（已知），在重物Q的下面通过轻质挂钩悬挂待测物块Z。重物P的下端与穿过打点计时器的纸带相连，已知当地重力加速度为g。

    (1)、某次实验中。先接通频率为50Hz的交流电源，再由静止释放系统，得到如图乙所示的纸带。相邻两计数点间还有四个点没画出，则系统运动的加速度a=m/s²（保留两位有效数字）。
    (2)、在忽略阻力的情况下，物块Z质量M的表达式为M=（用字母m、a、g表示）。
    (3)、由(2)中理论关系测得的质量为M，而实际情况下，空气阻力、纸带与打点计时器间的摩擦、定滑轮中的滚动摩擦不可以忽略，使物块Z的实际质量与理论值M有一定差异。这是一种（填“偶然误差”或“系统设差”）。

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  • 6. 如图所示的实验装置，桌面水平且粗糙，在牵引重物作用下，木块能够从静止开始做匀加速直线运动。在木块运动一段距离后牵引重物触地且不反弹，木块继续运动一段距离停在桌面上（未碰到滑轮）。已知牵引重物质量为m，重力加速度为g。

    某同学通过分析纸带数据，计算得到牵引重物触地前、后木块的平均加速度大小分别为a1和a2 ， 由此可求出木块与桌面之间的动摩擦因数为μ=（结果用题中字母表示）；在正确操作、测量及计算的前提下，从系统误差的角度，你认为该实验测量的木块与桌面之间的动摩擦因数的结果与真实值比较会（选填“偏大”、“偏小”“不变”）；木块的质量为M=（结果用题中字母表示）。

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  • 7. 某实验小组在测木块与长木板之间的动摩擦因数时，采用如图所示的装置，图中长木板水平固定，调整定滑轮高度，使细线与长木板平行．

        

    (1)、实验过程中，电火花打点计时器应接在(选填“直流”或“交流”)电源上．
    (2)、已知重力加速度为g，测得木块的质量为M，砝码盘和砝码的总质量为m，木块的加速度为a，则木块与长木板间的动摩擦因数μ＝ ．
    (3)、图为木块在水平木板上带动纸带运动打出的一条纸带的一部分，0、1、2、3、4、5、6为计数点，相邻两计数点间还有4个打点未画出．从纸带上测出x1＝2.10 cm，x2＝3.62 cm，x5＝8.12 cm，x6＝9.60 cm．则木块加速度大小a＝m/s2(保留两位有效数字)．

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  • 8. 某同学用如图甲所示的装置测量滑块与木板间的动摩擦因数。打点计时器固定在木板上端，滑块拖着穿过打点计时器限位孔的纸带从木板上滑下。图乙是打出的一段纸带。

     

    (1)、已知打点计时器使用的交流电频率为 50Hz ，选取 A 至 G 的7个点为计数点，且各计数点间均有4个点没有画出，测得 B、C、D、E、F、G 各点到 A 点的距离依次是 5.29cm、11.05cm、17.30cm、24.01cm、31.22cm、38.92cm 。由此可知滑块下滑的加速度 a= m/s2 （结果保留三位有效数字）。
    (2)、为了测量动摩擦因数，还应测量的物理量有_____________。
    A、木板的长度 L B、木板的末端被垫起的高度 h C、木板的质量 m1 D、滑块的质量 m2 E、滑块运动的时间 t
    (3)、滑块与木板间的动摩擦因数 μ= （用题中各物理量的字母代号及重力加速度 g 表示）。由于该测量装置存在系统误差测量的动摩擦因数会（填“偏大”或“偏小”）。

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  • 9. 某实验小组设计了如图(a)所示的实验装置，通过改变重物的质量，可得滑块运动的加速度a和所受拉力F的关系图象.他们在轨道水平和倾斜的两种情况下分别做了实验，得到了两条a-F图线，如图(b)所示。重力加速度g=10m/s2。
    (1)、图(b)中对应倾斜轨道的试验结果是图线 (选填“①”或“②”)；
    (2)、由图(b)可知，滑块和位移传感器发射部分的总质量为kg；滑块和轨道间的动摩擦因数为。（结果均保留两位有效数字）

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  • 10. 很多人都认为“力越小速度就越小”，为了检验这个观点是否正确，某兴趣小组的同学设计了这样的实验方案：在水平桌面上放一木块，木块后端与穿过打点计时器的纸带相连，前端通过定滑轮与不可伸长的细线相连接，细线上不等间距地挂了五个钩码，其中第四个钩码与第五个钩码之间的距离最大。起初木块停在靠近打点计时器的位置，第五个钩码到地面的距离小于木块到定滑轮的距离，如图甲所示。接通打点计时器，木块在钩码的牵引下，由静止开始运动，所有钩码落地后，木块会继续运动一段距离。打点计时器使用的交流电频率为50Hz。图乙是实验得到的第一个钩码落地后的一段纸带，纸带运动方向如箭头所示。（当地重力加速度大小g取9.8m/s2）

    (1)、根据纸带上提供的数据，可以判断第五个钩码落地时可能出现在纸带中的段（用D1 ， D2 ， …，D15字母区间表示）；第四个钩码落地后至第五个钩码落地前木块在做运动。
    (2)、根据纸带上提供的数据，还可以计算出第五个钩码落地后木块运动的加速度大小为m/s2；木块与桌面间的动摩擦因数为 μ =。（计算结果保留两位有效数字）
    (3)、根据纸带上提供的数据，分析可知“力越小速度就越小”的观点是的。（填“正确”或“错误”）

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  • 11. 如图甲是某同学测量重力加速度的装置，他将质量均为M的两个重物用轻绳连接，放在光滑的轻质滑轮上，这时系统处于静止状态．该同学在左侧重物上附加一质量为m的小重物，这时，由于小重物m的重力作用而使系统做初速度为零的缓慢加速运动，该同学用某种办法测出系统运动的加速度并记录下来．完成一次试验后，换用不同质量的小重物，并多次重复实验，测出不同m时系统的加速度a并作好记录．

    (1)、若选定物块从静止开始下落的过程进行测量，则需要测量的物理量有      
    A、小重物的质量m        B、大重物的质量M C、绳子的长度           D、重物下落的距离及下落这段距离所用的时间
    (2)、经过多次重复实验，得到多组a、m数据，作出 1a ﹣ 1m 图象，如图乙所示．已知该图象斜率为k，纵轴截距为b，则可求出当地的重力加速度g= ， 并可求出重物质量M= ． （用k和b表示）

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  • 12. 某同学设计了一个探究加速度a与物体所受合力F及质量m关系的实验，如图甲所示为实验装置简图。（交流电的频率为50 Hz）

    (1)、这个实验（填“需要”或“不需要”）平衡摩擦力。
    (2)、砂桶和砂的质量m小车的质量M。
    (3)、图乙所示为某次实验得到的纸带，根据纸带可求出小车的加速度大小为 m/s2。

    (4)、保持小盘及盘中砝码的质量不变，改变小车质量m ， 分别得到小车的加速度a与小车质量m及对应的 1m 的数据如下表：

    请在下图所示的坐标纸中画出a- 1m 的图象 ， 并由图象求出小车的加速度a与质量的倒数 1m 之间的关系式是。

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