课练10 实验 验证牛顿第二定律
1.研究性学习小组的同学欲探究小车质量不变时其加速度与力的关系，该小组在实验室设计了一套如图甲所示的装置，图中A为小车，B为打点计时器，C为力传感器(测绳子的拉力)，P为小桶(内有砂子)，M是一端带有定滑轮的水平放置的足够长的木板．不计绳子与滑轮间的摩擦．
图甲 图乙
(1)要顺利完成该实验，除图中实验仪器和低压交流电源(含导线)外，还需要的实验仪器是________(填“刻度尺”、“天平”或“秒表”)．
(2)平衡摩擦力后再按上述方案做实验，是否要求小桶和砂子的总质量远小于小车的质量？________(填“是”或“否”)．
(3)已知交流电源的频率为50 Hz，某次实验得到的纸带如图乙所示，图中相邻两计数
2
点之间还有4个点未画出，由该纸带可求得小车的加速度a＝________m/s.(结果保留2位有效数字)
答案：(1)刻度尺 (2)否 (3)0.90
解析：(2)因为力传感器可测得小车受到的拉力，故不需要再保证实验中小桶和砂子的总质量远小于小车的质量的条件；(3)根据逐差法可求得结果．
2．如图所示，在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中，某同学保持木板水平，调节托盘和重物的总重量，使小车能拖动纸带沿木板匀速运动，记下此时托盘和重物的总质量m0、小车的总质量M.已知重力加速度为g.
(1)在探究加速度与力的关系时，若测得托盘和重物的总质量为m(m?M)，则可知小车所受的合外力为________；当改变托盘和重物的总质量重做实验时，________(填“需要”或“不需要”)重新平衡摩擦力．
(2)在探究加速度与质量的关系时，当改变小车的总质量时，________(填“需要”或“不需要”)重新平衡摩擦力．
答案：(1)(m－m0)g 不需要 (2)需要
解析：(1)此题用总质量为m0的托盘和重物平衡摩擦力，则小车所受的合外力为(m－m0)g；当改变托盘和重物的总质量做实验时，不需要重新平衡摩擦力．
(2)在探究加速度与质量的关系时，当改变小车的总质量时，小车所受的摩擦力改变，需要重新平衡摩擦力．
3．在探究物体的加速度与物体所受外力、物体质量间的关系时，采用如图所示的实验装置．小车及车中砝码的总质量用M表示，盘及盘中砝码的总质量用m表示．
(1)当M与m的大小关系满足________时，才可以认为绳子对小车的拉力大小等于盘和砝码的总重力．
(2)某一组同学先保持盘及盘中砝码的总质量m一定来做实验，其具体操作步骤如下，以下做法正确的是( )
A．平衡摩擦力时，应将盘及盘中砝码用细绳通过定滑轮系在小车上 B．每次改变小车的质量时，不需要重新平衡摩擦力 C．实验时，先放开小车，再接通打点计时器的电源 D．用天平测出m以及小车和车中砝码的总质量M，小车运动的加速度可直接用公式a＝求出 (3) mgM 另两组同学保持小车及车中砝码的总质量M一定，探究加速度a与所受外力F的关系，由于他们操作不当，这两组同学得到的a－F关系图象分别如图甲和图乙所示，其原因分别是： 图甲：________________________________________________________________________； 图乙：________________________________________________________________________. 答案：(1)m?M (2)B (3)不满足m?M 没有平衡摩擦力或平衡摩擦力时倾角过小 解析：(1)在实验中，整体的加速度a＝mg，只有当m?M时，小车所受的拉力才可以m＋M认为等于盘和砝码的总重力． (2)平衡摩擦力时，应将绳从小车上拿去，轻轻推动小车，使小车沿木板运动，通过打点计时器打出来的纸带判断小车是否匀速运动，故A错误；每次改变小车的质量时，小车的重力沿斜面分力和摩擦力仍能抵消，不需要重新平衡摩擦力，故B正确；实验时，若先放开小车，再接通打点计时器电源，由于小车运动较快，可能会使打出来的点很少，不利于数据的采集和处理，故C错误；用天平测出m以及M，直接用公式a＝求出，这是在直接运用牛顿第二定律进行计算，我们应利用打点计时器打出来的纸带计算加速度，故D错误． (3)图甲中a－F图象发生弯曲，这是由于没有保证小车及车中砝码的总质量远大于盘及盘中砝码的总质量造成的．图乙中直线没过原点，当F≠0时，a＝0，也就是说当绳子上有拉力时小车的加速度还为0，说明该组同学实验操作中遗漏了平衡摩擦力或平衡摩擦力时倾角过小． 4．学习了传感器之后，在“研究小车加速度与所受合外力的关系”实验中，甲、乙两实验小组引进“位移传感器”、“力传感器”，分别用如图(a)、(b)所示的实验装置做实验，重物通过细线跨过滑轮拉相同质量的小车，位移传感器B随小车一起沿水平轨道运动，位移传感器A固定在轨道一端．在运动过程中位移传感器B发出信号，位移传感器A接收信号且显示小车运动的位移．甲组实验中把重物的重力作为拉力F，乙组直接用力传感器测得拉力F，改变重物的重力重复实验多次，记录多组数据，并画出a－F图象． mgM(1)甲组实验把重物的重力作为拉力F的条件是 ________________________________________________________________________. (2)图(c)中符合甲组同学作出的实验图象的是________；符合乙组同学作出的实验图象的是________． 答案：(1)小车的质量远大于重物的质量 (2)② ① 解析：(1)甲组实验把重物的重力作为拉力F的条件是小车的质量远大于重物的质量． (2)由于甲组实验把重物的重力作为拉力F，当重物的质量增大到一定数值后图线将偏离直线，向下弯曲，所以图(c)中符合甲组同学作出的实验图象的是②；符合乙组同学作出的实验图象的是①. 5．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． 甲 乙 (1)做实验时，将滑块从图甲所示位置由静止释放，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Δt1、Δt2；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.则滑块经过光电门1时的速度表达式v1＝________；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，其读数为________ mm. (2)为了保持滑块所受的合力不变，可改变滑块质量M和气垫导轨右端高度h(见图甲)．关于“改变滑块质量M和气垫导轨右端的高度h\\”的正确操作方法是________．(填选项字母) A．M增大时，h增大，以保持二者乘积增大 B．M增大时，h减小，以保持二者乘积不变 C．M减小时，h增大，以保持二者乘积不变 D．M减小时，h减小，以保持二者乘积减小 答案：(1) 8.15 (2)BC Δt12x解析：(2)气垫导轨上滑块沿导轨下滑，重力沿导轨方向的分力Mgsinθ等于合力，而d?d?2－?d?2?Δt2??Δt1?????MghMgsinθ＝，为了保持滑块所受的合力不变，可改变滑块质量M和气垫导轨右端高度h，LM增大时，h减小，以保持二者乘积不变；M减小时，h增大，以保持二者乘积不变．选项B、C正确． 6．用如图所示装置做验证牛顿第二定律的实验．现已提供了小车、一端附有定滑轮的长木板、纸带、细线、砝码、砂和砂桶、刻度尺、天平、导线． (1)实验中将砂和砂桶总重力大小作为细线拉力的大小，从而在实验中产生了系统误差，为尽量减小该系统误差，可以让砂和砂桶总质量________小车质量(选填“大于”、“远大于”、“小于”、“远小于”或“等于”)． (2)实验中，先调节长木板一端滑轮的高度，使细线与长木板平行，接下来将长木板的一端垫起适当的高度，让小车连着已经穿过打点计时器的纸带，撤去砂和砂桶，给打点计时器通电，轻推小车，小车做匀速运动．这样做的目的是______________，从而使细线对小车的拉力等于小车所受的合外力． 答案：(1)远小于 (2)平衡摩擦力 解析：(1)为了减小系统误差，砂和砂桶总质量应远小于小车质量．(2)平衡摩擦力后，
2024版高考物理一轮复习精选题辑课练10实验验证牛顿第二定律
