1、【 精品教育资源文库 】 题组层级快练 (十五 ) 1 (2017 湖南省联考 )某物理兴趣小组利用图示实验装置做 “ 验证牛顿运动定律 ” 的实验 (1)在平衡摩擦力后 ， 要使细线的拉力可近似认为等于砝码盘及盘中砝码受到的总重力 ， 小车的质量 M 和砝码盘及盘中砝码的总质量 m 应满足的条件是 _ (2)下列实验操作中 ， 正确的是 _ (填正确选项前的字母 ) A 调节定滑轮的高度 ， 使牵引小车的细绳与长木板保持平行 B 每次小车都要从同一位置开始运动 C实验中应先放小车，然后再接通打点计时器的电源 D 平衡摩擦力后 ， 通过增减 小车上的砝码改变小车的质量时 ， 不需要重新平衡摩
2、擦力 答案 (1)M?m (2)AD 解析 (1)将两者看做一个整体 ， 对整体有 mg (M m)a， 对小车有 T Ma， 联立可得 T Ma MmgM m mg1 mM， 只有当 M?m 时 ， T mg. (2)为了减小实验误差 ， 使牵引小车的细绳与长木板保 持平行 ， A 项正确；我们通过实验需要得到一条打出的纸带 ， 根据纸带上的数据验证牛顿第二定律 ， 每次实验时不需要小车都要从同一位置开始运动 ， B 项错误；为了能得到更多数据 ， 应先接通电源 后释放小车 ， C 项错误；平衡摩擦力时 ， 是重力沿木板方向的分力等于摩擦力 ， 即 mgsin mg cos， 可以约掉 m，
3、 只需要平衡一次摩擦力 ， D 项正确 2 如图所示 ， 为某同学安装的 “ 验证牛顿第二定律 ” 的实验装置 ， 在小车的前端固定一个传感器 ， 和砂桶连接的细线接在传感器上 ， 通过传感器可显示出 细线的拉力 在图示状态下开始做实验 (1)从图上可以看出 ， 该同学在装置和操作中的主要错误是 _ _ (2)若砂和砂桶的质量为 m， 小车和传感器的总重量为 M， 做好此实验 _(填 “ 需要 ”【 精品教育资源文库 】 或 “ 不需要 ”)M ?m 的条件 答案 (1)未平衡摩擦力；细线与木板不平行；开始实验时 ， 小车离打点 计时器太远 (2)不需要 解析 不加传感器时将砂和砂桶的重力作
4、为细线的拉力 ， 而接了传感器后细线的拉力可以直接读出 3 (2017 唐山模拟 )用图 (a)所示的实验装置验证牛顿第二定律： (1)某同学通过实验得到如图 (b)所示的 a F 图像 ， 造成这一结果的 原因是：在平衡摩擦力时木板与水平桌面间的倾角 _(填 “ 偏大 ” 或 “ 偏小 ”) (2)该同学在平 衡摩擦力后进行实验，实际小车在运动过程中所受的拉力 _砝码和盘的总重力 (填 “ 大于 ”“ 小于 ” 或 “ 等于 ”) ， 为了便于探究、减小误差 ， 应使小车质量 M与砝码和盘的总质量 m 满足 _的条件 (3)某同学得到如图所示的纸带已知打点计时器电源频率为 50 Hz.A、
5、B、 C、 D、 E、 F、 G是纸带上 7 个连续的点 x xDG xAD _ cm.由此可算出小车的加速度 a _ m/s2(保留两位有效数字 ) 答案 (1)偏大 (2)小于 M?m (3)1.80 5.0 解析 (1)根据所给的 F a 图像可知 ， 当 F 0 时 ， 小车已经有了加速度 a0， 所以肯定是在平衡摩擦力时木板与水平桌面间的倾角偏大造成的 (2)根据牛顿第二定律 ， 对小车 F Ma， 对砝码和盘 mg F ma， 解得 F MmgM m mg， 只有当M?m 时 ， 小车受到的拉力才近似等 于 mg， 从而减小误差 (3)由题图读出 xAD 2.10 cm， xDG
6、3.90 cm， 所以 x xDG xAD 1.80 cm， 根据 x a(t)2， 解得 a 5.0 m/s2. 4 (2017 上海质检 )在用 DIS 研究小车加速度与外力的关系时 ， 某实验小组先用如图 (a)所示的实验装置 ， 重物通过滑轮用细线拉小车 ， 在小车和重物之间接一个不计质量的微型力传感器 ， 位移传感器 (发射器 )随小 车一起沿水平轨道运动，位移传感器 (接收器 )固定在轨道一端 实验中力传感器的拉力为 F， 保持小车 (包括位移传感器发射器 )的质量不变 ， 改变重物重力重复实验若干次 ， 得到加速度与外力的关系如图 (b)所示 (重力加速度 g 10 m/s2)
7、【 精品教育资源文库 】 (1)小车与轨道 的滑动摩擦力 f _ N. (2)从图像中分析 ， 小车 (包括位移传感器发射器 )的质量为 _ kg. (3)为得到 a 与 F 成正比的关系 ，应将斜面的倾角调整到 tan _ 答案 (1)0.5 N (2)0.7 (3)1/14 解析 (1)根据图像可知 ， 当 F 0.5 N 时 ， 小车开始有加速度 ， 则 f 0.5 N； (2)根据牛顿第二定律 ， 得 a F fM 1MF fM， 则 a F 图像的斜率表示小车质量的倒数 ， 则 M 1k 4 0.55 0 0.7 kg (3)为得到 a 与 F 成正比的关系 ， 则应该平衡摩擦力
8、， 则有： Mgsin Mg cos 解得： tan ， 根据 f Mg ， 得 0.50.710 114 所以 tan 114. 5 (2017 汕头质检 )如图甲为验证牛顿第二定律的实验装置示意图 (1)平衡小车所受阻力的操作：取下 _， 把木板不 带滑轮的一端垫高；接通电火花计时器电源，轻推小车，让小车拖着纸带运动 如 果打出的纸带如图乙所示 ， 则应 _(选填 “ 减小 ” 或 “ 增大 ”) 木板的倾角 ， 反复调节 ， 直到纸带上打出的点迹 _为止 【 精品教育资源文库 】 (2)图丙为研究 “ 在外力一定的条件下 ， 物体的加速度与其质量的关系 ” 时所得的实验图像 ，横坐标
9、m 为小车上砝码的质量设图中直线的斜率为 k， 在纵轴上的截 距为 b， 若牛顿第二定律成立 ， 则小车受到的拉力为 _， 小车的质量为 _ 答案 (1)砝码 减小 间隔相等 (均匀 ) (2)1k bk 解析 (1)平衡小 车所受阻力时 ， 需要将砝码取下；题图纸带反映了小车在做加速运动 ， 即垫木垫高了 ， 应减小木板的倾角 ， 直到纸带打出的点迹均匀为止 (2)当小车上的砝码为零时 ， 小车加速度为 a0 1b， 设小车的质量为 M， 则小车受到的拉力为F Ma0 Mb；图中直线的函数关系式为 1a km b， 根据牛顿第二定律 F (m M)a， 可解得 M bk， F 1k. 6 (
10、2017 哈尔滨二模 )为了探究物体质量一定时加速度与力的关系 ， A、 B 同学设计 了如图甲所示的实验装置其中小车的质量为 M， 砂和砂桶的质量为 m， 与小车相连的滑轮的质量为 m0.力传感器可测出轻绳中的拉力大小，重力加速度为 g.实验时先平衡摩擦力 (1)A 同学在实验中得到如图乙所示的一条纸带 (相邻两计数点间还有四个点没有画出 )， 已知打点计时器采用的是频率为 50 Hz 的交流电 ， 根据纸带可求出小车的加速度大小为_m/s2(结果保留三位有效数字 ) (2)A 同学以力传感器的示数 F 为纵坐标 ， 加速度 a 为横坐标 ， 画出的 F a 图像如图丙所示 ，求得图线的斜率
11、为 k， 则小车的质量 M _(用所给物理量的符号表示 ) 【 精品教育资源文库 】 (3)B 同学也以力传感器的示数 F 为纵坐标 ， 加速度 a 为横坐标 ， 画出的 F a 图像如图丁所示 ， 图线不过原点的原因可能是 _ (答一条即可 ) 答案 (1)1.80 (2)2k m0 (3)平衡摩擦力过度 解析 (1)由于两计数点间还有 4 个点没 有画出 ，故两点之间的时间间隔为 T 50.02 s0.10 s， 取六段距离 ， 采用两分法 ， 由 x aT2可得： a （ 7.30 9.09 10.89）（ 1.90 3.71 5.51）（ 30.1 ） 2 180 cm/s2 1.8
12、0 m/s2. (2)对小车和滑轮组成的整体 ， 根据牛顿第二定律 ， 有 2F (M m0)a， 得 F M m02 a F a 图线是一条过原点的直线 ， 斜率 k M m02 ，解得 M 2k m0. (3)根据 F 等于零 ， 加速度不为零 ， 分析图线不过原点的原因 ， 可知实验中平衡摩擦力过度 7 某实验小组利用如图甲所示的气垫导轨实验装置来探究合力一定时 ， 物体的加速度与质量之间的关系 (1)为了保持滑块所受的合力不变 ， 可改变滑块质量 M 和气垫导轨最右端高度 h(见图甲 )关于 “ 改变滑块质量 M 和气垫导轨最右端的高度 h” 的正确操作方法是 ( ) A M 减小时
13、， h 增大 ， 以保持二者乘积不变 B M 增大时 ， h 增大 ， 以 保持二者乘积增大 C M 增大时 ， h 减小 ， 以保持二者乘积减小 D M 减小时 ， h 减小 ， 以保持二者乘积减小 (2)做实验时 ， 将滑块从图甲所示位置气垫导轨右端由静止释放 ， 由数字计时器 (图中未画出 )可读出遮光条通过光电门 1、 2 的时间分别为 t1、 t2；用刻度尺测得两个光电门中心之间的距离 x， 用游标卡尺测 得遮光条宽度 d.则滑块加速度的表达式 a _(以上表达式均用已知字母表示 )如图乙所示 ， 若用 20 分度的游标卡尺测量遮光条的宽度 ， 其读数_mm. 【 精品教育资源文库
14、 】 答案 (1)A (2)（ d t2） 2（ d t1） 22x 8.15 解析 (1)滑块的合力 F 合 Mghx， 为了保持滑块所受的合力不变 ， 则要求 Mh 的乘积不变 ， 所以 M 和 h 不能同时增大或减小；故选 A 项； (2) 滑块经过光电门 1 时的速度表达式 v1 d t1； 经过光电 门 2 时的速度表 达式 v2 d t2； 则加速度为 a v22 v122x （ d t2） 2（ d t1） 22x ； 游标卡尺的读数由主尺和游标尺两部分组成主尺的刻度是 8 mm， 游标尺上的第 3 个刻度与上边对齐 ， 所以读数是： 0.053 mm 0.15 mm， 总读数为 8.15 mm. 8 (2017 长沙模拟 )甲、乙两同学均设计了测动摩擦因数的实验已知重力加速度为 g. (1)甲同学所设计的实验装置如图甲所示其中 A 为一质量为 M 的 长直木板 ， B 为木板上放置的质量为 m 的物块 ， C 为物块右端连接的一轻质弹簧测力计实验时用力将 A 从 B 的下方抽出 ， 通过 C 的读数 F1即可测出动摩擦因数则该设计能测
