1、【 精品教育资源文库 】 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
2、 “ 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 ) 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
3、.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 (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，
4、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 【 精品教育资源文库 】 (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
5、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 mgM 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 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 mgm M，只有当 m?M 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
6、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 mgM 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 F0 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
7、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 (1)甲组实验把重物的重力
8、作为拉力 F 的条件是 【 精品教育资源文库 】 _. (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) 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 ；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
9、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 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 ) A M 增大时， h 增大，以保持二者乘积增大 B M
10、 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) d t1? ?d t22?d t122x 8.15 (2)BC 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 Mgsin 等于合力，而Mgsin MghL ，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，M 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
11、、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 ”) 【 精品教育资源文库 】 (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
12、： (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 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 50 Hz. 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
13、 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 答案： (1)BD (2)0.70 0.20 (3)左 解析： (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 1.00 cm， B 点的读数为 1.70 cm，所以 A、 B 两点间的距离 s1 1.70 cm 1.00 cm 0.70 cm ；小车的加速度 a s2 s1T2 20.12 m/s2 0.20 m/s2.(3)小车做加速运动，相等时间内的位移越来越大，所以小车与纸带的左端相连 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
