实验四 验证牛顿第二定律

1. （2011高考浙江卷）在“探究加速度与力、质量的关系”实验时，已提供了小车、 一端附有定滑轮的长木板、纸带、带小盘的细线、刻度尺、天平、导线.为了完成实验，还须从下图中选取实验器材，其名称是（漏选或全选得零分）；并分别写出所选器材的作用.解析：为测量小车的加速度，需记录小车运动的位置和时间，这可利用打点计时器和 纸带完成.所以，实验中应有打点计时器.实验中需要改变小车的质量，这可通过在小车 上添加钩码来实现，所以实验中应有钩码.实验中还需要改变小车所受拉力的大小，这可 通过改变盘中的砝码的数目来改变，所以实验中应有砝码.学生电源为电磁打点计时器提供交流电源；电磁打点计时器（电火花计时器）记录小车 运动的位置和时间；钩码用以改变小车的质量；砝码用以改变小车受到的拉力的大小，还 可用于测量小车的质量.答案：学生电源、电磁打点计时器、钩码、砝码（或电火花计时器、钩码、砝码）见 解析2. （2012 高考大纲全国卷）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50 Hz的交流电源，打点的时间间隔用At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”.电源甲（1）完成下列实验步骤中的填空： 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. 按住小车，在小吊盘中放入适当质量的物块，在小车中放入祛码. 打开打点计时器电源，释放小车，获得带有点迹的纸带，在纸带上标出小车中祛码 的质量m. 按住小车，改变小车中祛码的质量，重复步骤. 在每条纸带上点迹清晰的部分，每5个间隔标注一个计数点.测量相邻计数点的间 距* s2、求出与不同m相对应的加速度a. 以砝码的质量m为横坐标，为纵坐标，在坐标纸上作出1m关系图线.若加速度与aa小车和砝码的总质量成反比，贝吃与m应成(选填“线性”或“非线性”)关系.(2) 完成下列填空： 本实验中，为了保证在改变小车中祛码的质量时，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. 设纸带上三个相邻计数点的间距为s、s2和sa可用s、s3和At表示为a=12313.图乙为用米尺测量某一纸带上的气、s3的情况，由图可读出s = mm, s3=mm，由此求得加速度的大小a=m/s2.乙 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.1答案：(1)间距相等线性s s(2)小吊盘和盘中物块的质量之和远小于小车和砝码的质量2血t) 2 24.347.11.14 1 b3. (2012高考安徽卷)图1为“验证牛顿第二定律”的实验装置示意图.砂和砂桶的小车、强打區耳时器合接交流电源砂、砂桶总质量为m,小车和祛码的总质量为M实验中用砂和砂桶总重力 的大小作为细线对小车拉力的大小.(1) 实验中，为了使细线对小车的拉力等于小车所受的合外 力，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还需要进行的一项操作是A. 将长木板水平放置，让小车连着已经穿过打点计时器的纸带，给打点计时器通电,调节m的大小，使小车在砂和砂桶的牵弓|下运动.从打出的纸带判断小车是否做匀速运动.B. 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，从打出的纸带判断小车是否做匀速运动.C. 将长木板的一端垫起适当的高度，撤去纸带以及砂和砂桶，轻推小车，观察判断小 车是否做匀速运动.(2) 实验中要进行质量m和M的选取，以下最合理的一组是.A. M=200g，m=10g、15g、20g、25g、30 g、40 gB. M=200g，m=20g、40g、60g、80g、100 g、120gC. M=400g，m=10g、15g、20g、25g、30 g、40 gD. M=400g，m=20g、40g、60g、80g、100 g、120g(3) 图2是实验中得到的一条纸带，A、B、C、D、E、F、G为7个相邻的计数点，相邻的两个计数点之间还有四个点未画出.量出相邻的计数点之间的距离分别为：SAB=4.22cm、 Sbc=4.65 cm、scd=5.08 cm、sde=5-49 cm、sef=5-91 cm、sfg=6-34 cm.已知打点计时器 的工作频率为50 Hz,贝IJ小车的加速度a=m/s2(结果保留两位有效数字)rA B C D EFG)(*I图2解析：小车在运动过程中受到重力、支持力、纸带的拉力、木板对小车的摩擦力和 细线拉力的作用.为了使细线对小车的拉力等于小车所受的合力，因此应把木板的一端垫 起适当的高度，以使重力、支持力和摩擦力的合力为零，即小车做匀速运动，因此在进行 这一操作时，不应挂砂桶，小车应连接纸带，A、C错误，B正确.(2)由于绳子的拉力不易测量，本实验中用砂和砂桶总重力的大小来代替绳拉力的大 小，而砂桶做加速运动，设加速度大小为a,则T = m(g- a)，当砂桶的加速度很小时，T近 似等于mg,因此实验中应控制实验条件，使砂桶的加速度很小.只有当小车的质量远大于 砂和砂桶的总质量时，小车和砂桶的加速度才很小，绳的拉力才近似等于砂和砂桶的总重 力.C正确.相邻两计数点间的时间间隔T = 0.1 s ,由 x = aT2可得a =(Sfg+Sef+Sde)-(Scd+Sbc+Sab)(3T2)代入数据解得a = 0.42 m/s2.答案：(1)B(2)C(3)0.424. (2014 临汾模拟)在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中备有下列器材:A. 电磁打点计时器B.天平(带祛码)C.秒表D.低压直流电源E. 纸带和复写纸F.导线G.细绳H.小车I.砂和小桶J一端附有滑轮的长木板K.砝码（1）其中多余的器材是（填代号），缺少的器材是和.在探究加速度a与质量m的关系时，分别以为纵坐标、为横坐标作图象，这样就能直观地看出其关系.答案：（1）CD低压交流电源 刻度尺（2）a m5. （2014福建三明模拟）用如图所示的装置做“验证牛顿运动定律”实验，甲同学根 据实验数据画出的小车的加速度a和小车所受拉力F的图象为图中的直线I,乙同学画出 的a-F图象为图中的直线II.直线I、II在纵轴或横轴上的截距较大，明显超出了误差范 围，下面给出了关于形成这种情况原因的四种解释，其中可能正确的是（）MmgA. 实验前甲同学没有平衡摩擦力B. 甲同学在平衡摩擦力时，把长木板的末端抬得过高了C. 实验前乙同学没有平衡摩擦力D. 乙同学在平衡摩擦力时，把长木板的末端抬得过高了答案：BC6. （2014潍坊月考）在探究加速度与力、质量的关系活动中，某小组设计了如图所示 的实验装置.图中上下两层水平轨道表面光滑，两小车前端系上细线，细线跨过滑轮并挂 上砝码盘，两小车尾部细线连到控制装置上，实验时通过控制装置使两小车同时开始运动, 然后同时停止.滑轮 细线尘至JG舷码盘和舷码控制装置（1）在安装实验装置时，应调整滑轮的高度，使；在实验时，为减小系统误差,应使砝码盘和砝码的总质 小车的质量（选填“远大于”“远小于” “等于”）.本实验通过比较两小车的位移来比较小车加速度的大小，能这样比较，是因为（3）实验中获得数据如下表所示: 小车I、II的质量均为200 g.实验次数小车拉力F/N位移x/cm1I0.1II0.246.512I0.229.04II0.343.633I0.341.16II0.444.804I0.436.43II0.546.56在第1次实验中小车I从下图中的A点运动到B点，请将测量结果填到表中空格处.通 过分析，可知表中第次实验数据存在明显错误，应舍弃.A IB1cmlllllllllll111!i|iiii |ini|iji 屮 in|0 1 !22 23：24解析：拉小车的水平细线要与轨道平行.只有在砝码盘和砝码的总质量远小于小车 质量时，才能认为砝码盘和砝码的总重力等于细线拉小车的力.对初速度为零的匀加速直线运动，时间相同时，根据x = *at2,得学=?.2 2（3）刻度尺的最小刻度是1 mm,要估读到毫米的下一位.读数为23.86 cm- 0.50 cm =23.36 cm.答案：（1）细线与轨道平行（或水平）远小于两小车从静止开始做匀加速直线运动、且两小车的运动时间相等（3）23.36（23.3423.38 均对）3