实验《验证牛顿运动定律》针对训练(解析版)

《实验：验证牛顿运动定律》针对训练

1．关于“验证牛顿第二定律”实验中验证“作用力一定时，加速度与质量成反比”的实验过程，以下做法中正确的是

A．平衡摩擦力时，应将装砂的小桶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，再接通电源

D．可以利用天平测出砂桶和砂的质量m和小车的质量M，直接用公式a＝mg

M求出加速度

【答案】B

【解析】平衡摩擦力时，使小车的重力沿斜面向下的分力与小车运动所受摩擦力平衡，所以不能将小桶系在小车上，A错误；平衡摩擦力后，小车和板间的动摩擦因数μ＝tan α，与小车的质量无关，所以改变小车的质量时，不需要重新平衡摩擦力，B正确；实验时，应先接通电源，待打点稳定后，再放开小车，C错误；本实验是探究作用力一定时，加速度与质量成反

比，不能直接用公式a＝mg

M求加速度，D错误。

2．如图甲为验证牛顿第二定律的实验装置示意图。

（1）平衡小车所受阻力的操作：取下________，把木板不带滑轮的一端垫高；接通电火花计时器电源，轻推小车，让小车拖着纸带运动。如果打出的纸带如图乙所示，则应________（选填“减小”或“增大”）木板的倾角，反复调节，直到纸带上打出的点迹________为止。

（2）图丙为研究“在外力一定的条件下，物体的加速度与其质量的关系”时所得的实验图像，横坐标m为小车上砝码的质量。设图中直线的斜率为k，在纵轴上的截距为b，若牛顿第二定律成立，则小车受到的拉力为________，小车的质量为________。

【答案】（1）见解析（2）F＝1

k M＝

b

k

【解析】（1）平衡小车所受阻力时，需要将砝码取下；题图纸带反映了小车在做加速运动，即垫木垫高了，应减小木板的倾角，直到纸带打出的点迹均匀为止。

（2）当小车上的砝码为零时，小车加速度为a0＝1

b，设小车的质量为M，则小车受到的

拉力为F＝Ma0＝M

b；图中直线的函数关系式为

1

a＝km＋b，根据牛顿第二定律F＝（m＋M）a，

可解得：M＝b

k，F＝

1

k。

3．如图所示，为某同学安装的“验证牛顿第二定律”的实验装置，在小车的前端固定一个传感器，和砂桶连接的细线接在传感器上，通过传感器可显示出细线的拉力。在图示状态下开始做实验。

（1）从图上可以看出，该同学在装置和操作中的主要错误是____________________。

（2）若砂和砂桶的质量为m，小车和传感器的总重量为M，做好此实验________（填“需要”或“不需要”）M≫m的条件。

【答案】（1）见解析（2）不需要

【解析】（1）未平衡摩擦力；细线与木板不平行；开始实验时，小车离打点计时器太远。

（2）不加传感器时将砂和砂桶的重力作为细线的拉力，而接了传感器后细线的拉力可以直接读出。

4．利用如图所示装置可以做力学中的许多实验。

（1）（多选）以下说法正确的是

A．用此装置“研究匀变速直线运动”时，必须设法消除小车和长木板间的摩擦阻力的影响B．用此装置“研究匀变速直线运动”时，应使小盘和盘内砝码的总质量远小于小车的质量C．用此装置“探究加速度a与力F的关系”时，必须设法消除小车和长木板间的摩擦阻力的影响

D．用此装置“探究加速度a与力F的关系”时，应使小盘和盘内砝码的总质量远小于小车的质量

（2）本装置中要用到打点计时器，如图所示为实验室常用的两种计时器，其中甲装置用的电源要求是

A．交流220 V B．直流220 V C．交流4～6 V D．直流4～6 V

（3）在利用此装置“探究加速度a与力F的关系”时，实验中按规范操作打出的一条纸带的一部分如图所示。已知打点计时器接在频率为50 Hz的交流电源上，则此次实验中打点计时器打下A点时小车的瞬时速度为______m/s。（结果保留2位有效数字）

【答案】（1）D（2）A（3）0.53 m/s

【解析】（1）用此装置“研究匀变速直线运动”时，没必要消除小车和木板间的摩擦阻力的影响，也没有必要使小盘和盘内砝码的总质量远小于小车的质量，A、B错误。在用此装置“探究加速度a与力F的关系”时，必须设法消除小车和长木板间的摩擦阻力的影响。还应使小盘和盘内砝码的总质量远小于小车的质量，这样才可认为细绳对小车的拉力等于盘和盘内砝码的重力，D正确。

（2）甲是电火花计时器，可直接接220 V交流电源，A正确。

（3）打点计时器打下A点时小车的瞬时速度为v A＝0.021

0.04m/s≈0.53 m/s。

5．用图（a）所示的实验装置验证牛顿第二定律：

（1）某同学通过实验得到如图（b）所示的a−F图像，造成这一结果的原因是：在平衡摩擦力时木板与水平桌面间的倾角（填“偏大”或“偏小”）。

（2）该同学在平衡摩擦力后进行实验，实际小车在运动过程中所受的拉力________砝码

和盘的总重力（填“大于”“小于”或“等于”），为了便于探究、减小误差，应使小车质量M与砝码和盘的总质量m满足_____的条件。

（3）某同学得到如图所示的纸带。已知打点计时器电源频率为50 Hz。A、B、C、D、E、F、G是纸带上7个连续的点。Δx＝x DG－x AD＝______cm。由此可算出小车的加速度a＝______m/s2（保留两位有效数字）。

【答案】（1）偏大（2）等于M≫m（3）1.80 cm 5.0 m/s2

【解析】（1）根据所给的F−a图像可知，当F＝0时，小车已经有了加速度a0，所以肯定是在平衡摩擦力时木板与水平桌面间的倾角偏大造成的。

（2）小于根据牛顿定律，对小车F＝Ma，对砝码和盘mg－F＝ma，解得F＝Mmg

M＋m

＜

mg，只有当M≫m时，小车受到的拉力才近似等于mg，从而减少误差。

（3）由题图读出x AD＝2.10 cm，x DG＝3.90 cm，所以Δx＝x DG－x AD＝1.80 cm，根据Δx＝aΔt2，解得a＝5.0 m/s2。

6．某同学设计了如图所示的装置来探究加速度与力的关系。弹簧测力计固定在一合适的木板上，桌面的右边缘固定一支表面光滑的铅笔以代替定滑轮，细绳的两端分别与弹簧测力计的挂钩和矿泉水瓶连接，在桌面上画出两条平行线MN、PQ，并测出间距d。开始时将木板置于MN处，现缓慢向瓶中加水，直到木板刚刚开始运动为止，记下弹簧测力计的示数F0，以此表示滑动摩擦力的大小。再将木板放回原处并按住，继续向瓶中加水后，记下弹簧测力计的示数F1，然后释放木板，并用停表记下木板运动到PQ处的时间t。

（1）木板的加速度可以用d、t表示为a＝________；为了减小测量加速度的偶然误差可以采用的方法是（一种即可）____________________________________________。

（2）改变瓶中水的质量重复实验，确定加速度a与弹簧测力计示数F1的关系。下列图像