20202021年高三物理考点专项突破牛顿第二定律pdf含解析

2020-2021年高三物理考点专项突破：牛顿第二定律1.某物理课外小组利用图（a）中的装置探究物体加速度与其所受合外力之间的关系。图中，置于实验台上的长木板水平放置，其右端固定一轻滑轮：轻绳跨过滑轮，一段与放在木板上的小滑车相连，另一端可悬挂钩码。本实验中可用的钩码共有N=5个，每个质量均为0.010kg。实验步骤如下：（1）将5个钩码全部放入小车中，在长木板左下方垫上适当厚度的小物块，使小车（和钩码）可以在木板上匀速下滑。（2）将n（依次取n=1,2,3,4,5）个钩码挂在轻绳右端，其余N-n各钩码仍留在小车内；用手按住小车并使轻绳与木板平行。释放小车，同时用传感器记录小车在时刻t相对于其起始位置的位移s，绘制s-t图像，经数据处理后可得到相应的加速度a。（3）对应于不同的n的a值见下表。n=2时的s-t图像如图(b)所示：由图（b）求出此时小车的加速度（保留2位有效数字），将结果填入下表。n123452/msa0.200.580.781.00（4）利用表中的数据在图（c）中补齐数据点，并作出a-n图像。从图像可以看出：当物体质量一定时，物体的加速度与其所受的合外力成正比。（5）利用a–n图像求得小车（空载）的质量为_______kg（保留2位有效数字，重力加速度取g=9.8m·s–2）。（6）若以“保持木板水平”来代替步骤（1），下列说法正确的是_______（填入正确选项前的标号）A．a–n图线不再是直线B．a–n图线仍是直线，但该直线不过原点C．a–n图线仍是直线，但该直线的斜率变大【答案】：（3）（0.38-0.40）n123452/msa0.200.390.580.781.00（4）a-n图线如图（5）0.45kg（6）BC【解析】：（3）根据公式212sat可以代入数据得0.39a；（4）在图C中作出点（2，0.39），作图如上所示；（5）由图C可知，当n=4时，加速度为0.78，由牛顿第二定律可得：40.019.8(50.01)0.78m解得m=0.45kg；（6）若木板水平，则物体将受到木板的摩擦力，根据牛顿第二定律得：00000000000[(5)](5)[(5)]5555nmgmnmgmmanmgmnmgmgmgmganmmmmmmmm关于a-n的图像仍为直线，但不过原点，与原来相比斜率变大，因此BC选项正确。2.(2019·云南昆明联考)探究“加速度与力、质量关系”的实验装置如图甲所示。小车后面固定一条纸带，穿过电火花打点计时器，细线一端连着小车，另一端通过光滑的定滑轮和动滑轮与挂在竖直面内的拉力传感器相连，拉力传感器用于测小车受到拉力的大小。(1)关于平衡摩擦力，下列说法正确的是__________。A．平衡摩擦力时，需要在动滑轮上挂上钩码B．改变小车质量时，需要重新平衡摩擦力C．改变小车拉力时，不需要重新平衡摩擦力(2)实验中___________(选填“需要”或“不需要”)满足所挂钩码质量远小于小车质量。(3)某同学根据实验数据作出了加速度a与力F的关系图像如图乙所示，图线不过原点的原因是_________。2ms2msA．钩码质量没有远小于小车质量B．平衡摩擦力时木板倾角过大C．平衡摩擦力时木板倾角过小或未平衡摩擦力【答案】：(1)C(2)不需要(3)B【解析】：（1）平衡摩擦力是把木板倾斜，满足cossinmgmg即可，故与质量无关，选择C答案。(2)实验中由于有力的传感器，不需要考虑钩码质量远小于小车的质量，因为小车所受的拉力可以确定，故不需要。（3）由图乙可知与纵轴有交点，说明没有挂钩码质量时就有加速度，故平衡摩擦力倾角过大，选择B答案。3.某实验小组采用如图甲所示的实验装置来研究加速度和力的关系，其中小车的质量为M，砂桶和砂子的总质量为m，不计所有摩擦。(1)松开砂桶，小车带动纸带运动，若相邻计数点间的时间间隔T＝0.1s，数据如图乙所示，则小车的加速度a＝________m/s2(结果保留三位有效数字)。(2)改变砂桶内砂子的质量，多次实验，以力传感器的示数F为横坐标、小车对应的加速度a为纵坐标，作出的a­F图像如图丙，可知小车的质量M＝________kg。【答案】：（1）2.00（2）0.25【解析】：(1)根据匀加速直线运动的推论Δx＝aT2，得a＝x06－2x039T2＝2.00m/s2。(2)对小车受力分析结合牛顿第二定律可得：T＝2F、又T＝Ma结合a­F图像，根据图像的斜率可得：2M＝2.40.3，代入数据得M＝0.25kg。4．(2019届高三·烟台模拟)A、B两位同学做“探究加速度与物体质量、物体受力的关系”实验。(1)实验装置如图甲所示，打出了一条纸带如图乙所示，计时器所用交流电源的频率为50Hz，从比较清晰的点起，每5个点取一个计数点，量出相邻计数点之间的距离，该小车的加速度为________m/s2(结果保留两位有效数字)。(2)两同学各取一套图示的装置放在水平桌面上，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，分别得到如图丙中A、B两条直线，图线斜率为____________，则A、B两同学用的小车与木板间的动摩擦因数的关系为μA___________μB(选填“大于”或“等于”)。【答案】：（1）0.15m/s2（2）小车质量的倒数大于【解析】：(1)根据匀变速直线运动规律可得：Δx＝at2，两点的时间间隔为t＝0.1s，代入数据则有Δx＝(6.49－6.34)×10－2m＝1.5×10－3m，故a＝0.15m/s2。(2)对小车进行分析则有：F－f＝ma，故a＝Fm－μg，即图线斜率为1m，纵轴截距的大小为μg，由图丙可知μA＞μB，故填大于。5.某实验小组利用如图所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________木块和木块上砝码的总质量(选填“远大于”“远小于”或“近似等于”)。(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m甲、m乙，甲、乙用的木块与木板间的动摩擦因数分别为μ甲、μ乙，由图可知，m甲____m乙，μ甲_____μ乙(选填“大于”“小于”或“等于”)。【答案】：(1)AD(2)远小于(3)小于大于【解析】：（1）为了保持小车的拉力力全部来源于砝码的重力，需要调节滑轮的高度，使牵引木块的细绳与长木板保持平行，故A正确，另外通过调节木板的高度来平衡摩擦，不需要木块栓其它与增加木块质量无影响摩擦力，故B错误D正确，实验中先接通电源在释放木块，故C错误。（2）保证木块拉力全部来源于砝码的重力，故砝码桶及桶内砝码的总质量远小于木块和木块上砝码的总质量。（3）由牛顿第二定律F=ma可得图像的斜率表示质量m的倒数，故甲的质量小于乙的质量，图像的纵轴截距表示摩擦了，故甲的摩擦因素大于乙的摩擦因素。6.在“探究加速度与力、质量的关系”实验中，采用如图所示的装置图进行实验：(1)实验中，需要在木板的右端垫上一个小木块，其目的是：__________________。(2)实验中，已知测出小车的质量为M，砝码(包括砝码盘)的总质量为m，若要将砝码(包括砝码盘)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________(填序号)。A．求小车运动的加速度时，可用天平测出小盘和砝码的质量M′和m′，以及小车质量M，直接用公式a＝M′＋m′Mg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【答案】：(1)平衡摩擦力(2)m≪M(3)BD【解析】：(1)由于有摩擦力会影响实验结果，需要垫高木板来平衡摩擦力，故目的是平衡摩擦力。(2)对系统用根牛顿第二定律可得：mg＝(M＋m)a，解得a＝mgM＋m，拉力F＝Ma＝MmgM＋m＝mg1＋mM，可知当砝码(包括砝码盘)的总质量远小于小车质量时，本实验才能得到验证。(3)实验目的是探究加速度与力、质量的关系，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，先接通电源，后释放纸带，故B正确；平衡摩擦力后有：μ＝tanθ，故与重物的质量无关，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。7.某组同学计划用如图甲所示的实验装置，探究加速度a与合外力F及小车质量M之间的关系。(1)为了平衡小车在运动过程中受到的阻力，必须使木板倾斜恰当的角度θ，若小车和木板之间的动摩擦因数为μ，则tanθ________μ(选填“＞”“＜”或“＝”)。(2)实验得到如图乙所示的纸带。O点为小车运动起始时刻所打的点，选取时间间隔为0.1s的相邻计数点记为A、B、C、D、E、F、G，他们到O点的距离已标出，则小车的加速度大小为________m/s2(结果保留两位有效数字)。(3)在处理实验数据时，用m表示砝码和托盘的总质量，用M表示小车的质量，用g表示当地的重力加速度。若用m、M和g表示小车的加速度，则测量值为________，理论值为________。【答案】：（1）=（2）0.99m/s2（3）mgMmgm＋M【解析】：(1)由平衡条件可知mgsinθ＝μmgcosθ，则μ＝tanθ。(2)根据匀变速直线运动的规律，对纸带上由A到G的过程中可得：xDG－xAD＝9aT2，T＝0.1s，代入数据解得a＝0.99m/s2。(3)在探究加速度与合外力及小车质量的关系时，小车加速度的测量值为：a＝mgM，而实际值为：a＝mgM＋m。8.用如图甲所示的装置验证牛顿第二定律。(1)实验中打出的一条纸带的一部分如图乙所示。纸带上标出了连续的3个计数点A、B、C，相邻计数点之间还有4个点没有标出。打点计时器接在频率为50Hz的交流电源上。则打点计时器打B点时，小车的速度vB＝________m/s。多测几个点的速度做出v­t图像，就可以算出小车的加速度。(2)为研究加速度和力的关系，要保证________的总质量不变，改变砂桶内砂的质量，重复做几次实验，通过实验数据来研究加速度和力的关系。(3)在研究加速度与质量的关系时，要保证砂和砂桶的质量不变。若砂和砂桶的质量m与小车的总质量M间的关系不满足条件m≪M，由实验数据作出a和1M＋m的图线，则图线应如下图中的________所示(选填正确选项的字母)。【答案】：(1)0.44(0.43～0.45均可)(2)小车(3)C【解析】：(1)根据中间时刻的瞬时速度等于这段的平均速度可得：vB＝xAC2T＝13.30－4.502×0.1×10－2m/s＝0.44m/s。(2)根据控制变量法，研究加速度和力的关系时，要保证小车的质量不变。(3)对系统分析，根据牛顿第二定律，对砂桶有：mg－F＝ma，对小车有：F＝Ma，联立得：a＝1M＋mmg，而砂和砂桶的质量m不变，由此可知a­1M＋m是一条通过原点的直线，故选C。9.某组同学设计了“探究加速度a与物体所受合力F及质量m的关系”实验。图甲为实验装置简图，A为小车，B为电火花计时器，C为装有细砂的小桶，D为一端带有定滑轮的长方形木板，实验中认为细绳对小车的拉力F等于细砂和小桶的总重力，小车运动的加速