高中物理课练10实验 验证牛顿第二定律

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50Hz，某次实验得到的纸带如图乙所示，图中相邻计数点之间还有4个点未画出，由该纸带可求得小车的加速度a_m/s2.(结果保留2位有效数字)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(mM)，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mg加速度可直接用公式aM求出(3)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aF关系图象分别如图甲和图乙所示，其原因分别是：图甲：_；图乙：_.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aF图象(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_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2器(图中未画出)可读出遮光条通过光电门1、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)AM增大时，h增大，以保持二者乘积增大BM增大时，h减小，以保持二者乘积不变CM减小时，h增大，以保持二者乘积不变DM减小时，h减小，以保持二者乘积减小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7利用力传感器研究加速度与合外力的关系，实验装置如图甲(1)下列关于该实验的说法错误的是_A做实验之前必须平衡摩擦力B小车的质量必须比所挂钩码的质量大得多C应调节定滑轮的高度使细线与木板平行D实验开始的时候，小车最好距离打点计时器远一点(2)从实验中挑选一条点迹清晰的纸带，每5个点取一个计数点，用刻度尺测量计数点间的距离，如图乙所示已知打点计时器所用电源的频率为50Hz.从图乙中所给的刻度尺上读出A、B两点间的距离s1_cm；该小车的加速度a_m/s2.(计算结果保留两位有效数字)(3)实验中纸带的_(填“左”或“右”)端与小车相连接8在“探究加速度与质量的关系”的实验中(1)备有器材：A.带有定滑轮的长木板；B.电磁打点计时器、低压交流电源、纸带；C.细绳、小车、砝码；D.装有细砂的砂桶；E.垫片；F.毫米刻度尺还缺少的一件器材是_(2)实验得到如图(a)所示的一条纸带，相邻两计数点的时间间隔为T；B、C间距s2和D、E间距s4已测出，利用这两段间距计算小车加速度a的表达式为a_.1(3)同学甲根据实验数据画出如图(b)所示am图线，从图线可得砂和砂桶的总质量为_kg.(g取10m/s2)(4)同学乙根据实验数据画出了图(c)所示图线，从图线可知同学乙操作过程中可能_9(2017山东枣庄模拟)(1)某位同学用图1所示实验装置做验证牛顿第二定律实验，实验前必须进行的操作步骤是_(2)正确操作后通过测量，作出aF图线，如图2中的实线所示，则图线上部弯曲的原因是_.(3)打点计时器使用的交流电频率f50Hz，如图3是某同学在正确操作下获得的一条纸带，其中A、B、C、D、E每两点之间还有4个点没有标出，写出用s1、s2、s3、s4以及f来表示小车加速度的计算式：a_；根据纸带所提供的数据，计算可得小车的加速度大小为_m/s2(结果保留两位有效数字)练高考找规律1(2016新课标全国卷)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，一端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N5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n1,2,3,4,5)个钩码挂在轻绳右端，其余Nn个钩码仍留在小车内；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st图象，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n2时的st图象如图(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.n12345a/ms20.200.580.781.00(4)利用表中的数据在图(c)中补齐数据点，并作出an图象从图象可以看出：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an图象求得小车(空载)的质量为_kg(保留22位有效数字，重力加速度取g9.8ms)(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)Aan图线不再是直线Ban图线仍是直线，但该直线不过原点Can图线仍是直线，但该直线的斜率变大2(2014课标)某同学利用图1所示实验装置及数字化信息系统获得了小车加速度a与钩码的质量m的对应关系图如图2所示，实验中小车(含发射器)的质量为200g，实验时选择了不可伸长的轻质细绳和轻定滑轮，小车的加速度由位移传感器及与之相连的计算机得到，回答下列问题：(1)根据该同学的结果，小车的加速度与钩码的质量成_(填“线性”或“非线性”)关系(2)由图2可知，am图线不经过原点，可能的原因是_(3)若利用本实验装置来验证“在小车质量不变的情况下，小车的加速度与作用力成正比”的结论，并直接以钩码所受重力mg作为小车受到的合外力，则实验中应采取的改进措施是_，钩码的质量应满足的条件是_练模拟明趋势3(2017江西八校联考)为了探究质量一定时加速度与力的关系，一同学设计了如图所示的实验装置其中M为带滑轮的小车的质量，m为砂和砂桶的质量(滑轮质量不计)(1)实验时，一定要进行的操作是_A用天平测出砂和砂桶的质量B将带滑轮的长木板右端垫高，以平衡摩擦力C小车靠近打点计时器，先接通电源，再释放小车，打出一条纸带，同时记录弹簧测力计的示数D改变砂和砂桶的质量，打出几条纸带E为减小误差，实验中一定要保证砂和砂桶的质量m远小于小车的质量M(2)该同学在实验中得到如图所示的一条纸带(两计数点间还有两个点没有画出)，已知打点计时器采用的是频率为50Hz的交流电，根据纸带可求出小车的加速度为_m/s2(结果保留两位有效数字)(3)以弹簧测力计的示数F为横坐标，加速度为纵坐标，画出的aF图象是一条直线，图线与横坐标的夹角为，求得图线的斜率为k，则小车的质量为_12A2tanB.tanCkD.k4(2017江西八校联考)(1)用20分度的游标卡尺测量某工件的内径时，示数如图甲所示，由图可知其长度为_cm；用螺旋测微器测量某圆柱体的直径时，示数如图乙所示，由图可知其直径为_mm.(2)某同学采用如图丙所示的装置探究物体的加速度与所受合力的关系用砂桶和砂的重力充当小车所受合力F；通过分析打点计时器打出的纸带，测量加速度a.分别以合力F和加速度a作为横轴和纵轴，建立坐标系根据实验中得到的数据描出如图丁所示的点迹，结果跟教材中的结论不完全一致该同学列举产生这种结果的可能原因如下：在平衡摩擦力时将木板右端垫得过高；没有平衡摩擦力或者在平衡摩擦力时将木板右端垫得过低；砂桶和砂的质量过大，不满足砂桶和砂的质量远小于小车质量的实验条件；测量小车的质量或者加速度时的偶然误差过大通过进一步分析，你认为比较合理的原因可能是()A和B和C和D和5(2017宝鸡一模)振华同学用如下图所示的实验装置验证牛顿第二定律(1)该实验装置中有两处错误，分别是：_和_(2)振华同学在老师的指导下改正了实验装置中的错误后，将细绳对小车的拉力当作小车及车上砝码受到的合外力，来验证“合外力一定时加速度与质量成反比”实验中，砝码盘及盘内砝码的总质量最好应为_(填选项前的字母)A10gB50gC100gD1kg振华同学在实验时用电磁打点计时器打了一条理想的纸带，他按要求选取计数点后，在测量各相邻两计数点间的距离时不慎将纸带撕成了几段，如下图所示，但他知道甲、乙属于同一纸带，则丙、丁、戊中属于上述纸带的是_已知打点计时器所用电源频率为50Hz，则由甲、乙纸带可求得小车的加速度大小为_m/s2(结果保留两位小数)6(2017合肥一测)某实验小组在做“验证牛顿第二定律”实验中(1)在闭合开关之前，甲同学将实验器材组装成图甲所示请指出该装置中的错误或不妥之处(只要答出其中的两点即可)：_；_.(2)乙同学将上述装置调整正确后进行实验，在实验中得到如图乙所示的一条纸带，图中相邻两计数点之间还有四个点没有画出，由图中的数据可算得小车加速度为_m/s2.(保留两位有效数字)(3)丙同学在利用上述调整好的装置进行实验时，保持沙和沙桶的总质量不变，小车自身的质量为M且保持不变，改变小车中砝码的质量m，并测出小车中放不同质量砝码时所对应的加速度a，以m为横11坐标，a为纵坐标，在坐标纸上作出如图丙所示的am关系图线，图中纵轴上的截距为b，则小车受到的拉力大小为_7(2017广西适应性测试)要测量两个质量不等的沙袋的质量，由于没有直接的测量工具，某实验小组选用下列器材：轻质定滑轮(质量和摩擦可忽略)、砝码一套(总质量m0.2kg)、细线、刻度尺、秒表他们根据已学过的物理学知识，选择合适的变量得到线性关系，作出图线并根据图线的斜率和截距求出沙袋的质量请完成下列步骤：(1)实验装置如图所示，设右边沙袋A的质量为mA，左边沙袋B的质量为mB.(2)取出质量为mi的砝码放在沙袋A中，剩余砝码都放在左边沙袋B中，发现A下降，B上升(左右两侧砝码的总质量始终不变)(3)用刻度尺测出沙袋A开始时离桌面的距离h，用秒表测出A从开始位置下降到桌面所用的时间t，则可知A的加速度大小a_.(4)改变mi，测量相应的加速度a，得到多组mi及a的数据，作1_(选填“ami”或“ami”)图线(5)若求得图线的斜率k2.0m/(kgs2)，纵轴上的截距b0.4m/s2，则沙袋的质量mA_kg，mB_kg.(重力加速度g取10m/s2)mM，只有当课练10实验验证牛顿第二定律1解题思路：(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答案：(1)刻度尺(2)否(3)0.902解题思路：(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(mm0)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答案：(1)(mm0)g不需要(2)需要3解题思路：(1)在实验中，整体的加速度amgmM时，小车所受的拉力才可以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mg出m以及M，直接用公式aM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aF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F0时，a0，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答案：(1)mM(2)B(3)不满足mM没有平衡摩擦力或平衡摩擦力时倾角过小4解题思路：(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；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)5解题思路：(2)气垫导轨上滑块沿导轨下滑，重力沿导轨方向Mgh的分力Mgsin等于合力，而MgsinL，为了保持滑块所受的合Mh力不变，可改变滑块质量M和气垫导轨右端高度h，M增大时，h减小，以保持二者乘积不变；减小时，增大，以保持二者乘积不变选项B、C正确tt2212x8.15(2)BCd答案：(1)t1d2d6解题思路：(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，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7解题思路：(1)做实验之前必须平衡摩擦力，消除摩擦力对实验的影响，故A正确；利用力传感器研究加速度与合外力的关系，不需要满足小车的质量比所挂钩码的质量大得多这一条件，B错误；在实验之前，应调节定滑轮的高度使细线与木板平行，才能使加速度的方向与细线的拉力的方向相同，C正确；实验开始的时候，小车最好距离打点计时器近一些，使纸带的使用率更高，D错误(2)A点的读数为1.00cm，B点的读数为1.70cm，所以A、B两点间的距离s1s2s11.70cm1.00cm0.70cm；小车的加速度aT2(0.900.70)1020.12m/s20.20m/s2.(3)小车做加速运动，相等时间内(s3s4)(s1s2)(s3s4)(s1s2)f2，代入数据解得a0.60m/s2.4T100的位移越来越大，所以小车与纸带的左端相连答案：(1)BD(2)0.700.20(3)左8解题思路：(1)本题需要用天平测量小车的质量，所以还缺少s4s2的器材是天平(2)根据逐差法得s4s22aT2，解得a2T2.(3)根F1据牛顿第二定律可知，am，则F即为am图象的斜率，所以砂和2.4砂桶的总重力mgF12N0.20N，解得m0.020kg.(4)由题图(c)可知，图线不通过坐标原点，当F为某一大于零的值时，加速度为零，可知未平衡摩擦力或平衡摩擦力不足ss4答案：(1)天平(2)2T22(3)0.020(0.0180.022均正确)(4)未平衡摩擦力或平衡摩擦力不足9解题思路：(1)小车质量M一定时，其加速度a与合力F成正比，而小车与木板之间若存在摩擦力，就不能用绳子的拉力代替合力，所以在做实验前必须要先平衡摩擦力(2)随着合力F的增大，砂和砂桶的总质量越来越大，最后出现了不满足砂和砂桶的总质量远小于小车质量的情况，因此aF图线出现了上部弯曲的现象(3)由题意1可知，两计数点之间的时间间隔为Tf50.1s，由逐差法可得a2答案：(1)平衡摩擦力(2)没有满足小车质量远大于砂和砂桶的总质量(s3s4)(s1s2)(3)f20.60100加餐练12s1解题思路：(3)由s2at2得：at2，在st图象中找一点坐标，代入公式即可求出a.(5)对小车和钩码组成的系统应用牛顿第二定律：nmg(Mnmg0.098n0.098Nm)a，则a，an图象的斜率k，从MNmM0.05M0.05而可解出M.(6)对于已平衡摩擦力的情况，对整体应用牛顿第二定律：nmgmg(MNm)a，则an；对于木板水平的情况，对整体应用牛MNm顿第二定律：nmgM(Nn)mg(MNm)a，整理得：a(1)mgng，比较可见，B、C均正确MNm答案：(3)0.39(在0.370.49范围内均可以)(4)如图所示(5)0.45(在0.430.47范围内均可以)(6)BC2解题思路：(1)将图2中各点连线，得到的是一条曲线，故a与m的关系是非线性的(2)由图2可知，当钩码质量不为零时，在一定范围内小车加速度仍为零，即细绳对小车的拉力大于某一数值时小车才产生加速度，故可能的原因是存在摩擦力(3)若将钩码所受重力作为小车所受合力，则应满足三个条件，可见当mM时才有Tmg，故第三个条件为mm1Mx34x01x45x12x56x23(2)由逐差法可得：小车的加速度a，一是摩擦力被平衡，二是绳平行于轨道平面，此二者可保证绳对车的拉力等于车所受合力，设绳的拉力为T，由mgTma、TMa有TmMmggMmM.答案：(1)非线性(2)存在摩擦力(3)调节轨道的倾斜度以平衡摩擦力远小于小车的质量3解题思路：(1)由实验原理图可以看出，由弹簧测力计的示数可得到小车所受的合外力的大小，故不需要测砂和砂桶的质量，也不需要保证砂和砂桶的质量m远小于小车的质量M，A、E错；为保证绳上拉力提供合外力，必须平衡摩擦力，B对；小车应靠近打点计时器，先接通电源，再放小车，同时读出弹簧测力计的示数，C对；为了多测几组数据，需改变砂和砂桶的质量多做几次实验，D对9T21将T503s0.06s，代入可得a1.3m/s2(3)由题图结合牛顿第二定律，有2FMa，2得aMF22则图象斜率kM，得小车的质量Mk，故A、B、C错，D对答案：(1)BCD(2)1.3(3)D4解题思路：(1)游标卡尺读数为50mm0.053mm50.15mm5.015cm.螺旋测微器读数4.5mm0.0120.0mm4.700mm.(2)由图丁可知当F0时，a0，则Mgsinf，说明角偏大，右端垫得过高；图线的末端不是直线说明砂桶和砂的总质量m0和小车质量M不满足m0M的条件，所以只有C选项正确答案：(1)5.0154.700(2)C5解题思路：(2)该实验要求砝码和砝码盘的总质量远小于小20.01运动的推论公式xaT2得am/s20.49车及车上的砝码的总质量，即砝码和砝码盘的总质量要尽量小，故选A.根据刻度尺的读数可知，0、1两点的距离为x012.45cm,2、3两点的距离为x234.70cm.根据匀变速直线运动规律有x23x01x45x23x01x23，得x456.95cm，故戊纸带最符合根据逐差法得a2T2(4.702.45)0.01m/s21.13m/s2.答案：(1)滑轮太高(或细绳与长木板不平行)打点计时器接到直流电源上(或打点计时器未接交流电源)(2)A戊1.136解题思路：(1)打点计时器应该用交流电源(图中干电池为直流电源)；本实验应该将木板的右端垫高，平衡摩擦力；小车离定滑轮太近(离打点计时器较远)，小车应靠近打点计时器且打点计时器应距左端较远，这样便于小车运动较长的时间，从而能准确测量小车的加速度，减小误差(2)图中相邻两计数点之间还有四个点没有画出，则相邻两计数点之间的时间间隔为T0.1s，根据匀变速直线0.10050.06210.028620.011M1m/s2.(3)根据题意，由牛顿第二定律得F(Mm)a，则aFFm，1MM则am图象的截距bF，小车受到的拉力大小Fb.答案：(1)用的是直流电源木板的右端没有垫高小车离打点M计时器太远(2)0.49(3)b7解题思路：(3)由初速度为零的匀变速直线运动的位移与时间12h关系：h2at2，得at2.(4)用图象法处理实验数据时，主要是应用两变量之间的线性关系，设细线张力为T，由牛顿第二定律，对沙袋A有(mimA)gT(mAmi)a，对沙袋B有T(mmi)mBg(mmi)mBa，联立解得：a2gmAmBmmig，所以应作mAmBmmAmBm出ami图线(5)由已知条件，k2g2.0m/(kgs2)，bmAmBmmAmBmg0.4m/s2，联立解得：mA5.2kg，mB4.6kg.mAmBm2h答案：(3)t2(4)ami(5)5.24.6