1、1第 5讲 实验：验证牛顿第二定律基础巩固1.(2017北京朝阳一模,19)小芳同学想利用图示装置验证“物体质量一定时,其加速度与所受的合力成正比”这一结论。她先将 6个相同的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,使小车在木板上恰能匀速下滑。现从小车中依次取 n=1,2,3,4,5,6个钩码挂在细线右端,其余钩码仍留在小车内,并正确完成了后续的实验操作。设小车运动的加速度大小为 a。下列说法正确的是( )A.该实验中细线对小车的拉力等于所悬挂钩码的总重力B.利用该方案无法验证“物体质量一定时,其加速度与所受的合力成正比”这一结论C.该同学根据实验数据描绘的加速度 a随 n的变
2、化图像应当是一条过原点的直线D.若实验中保持木板水平,则该同学描绘的加速度 a随 n变化的图像不是直线2.(2016北京朝阳期中,8)如图所示,水平面光滑,绳的质量及绳与滑轮间的摩擦可忽略不计。物体 A的质量为 M,当在绳 B端挂一质量为 m的物体时,物体 A的加速度大小为 a1;当在绳 B端施以大小 F=mg的竖直向下的拉力作用时,A 的加速度大小为 a2,则 a1与 a2的关系正确的是( )2A.a1=a2 B.a1a2 D.无法判断3.(2018北京丰台期末)(1)电磁打点计时器和电火花计时器统称为打点计时器。其中电磁打点计时器使用时,电源要求是( )A.220 V直流 B.220 V交
3、流C.46 V直流 D.46 V交流(2)利用下图装置可以做力学中的许多实验,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,必须调整滑轮高度使连接小车的细线与木板平行C.用此装置“探究加速度 a与力 F的关系”时,每次改变砂和砂桶总质量之后,需要重新平衡摩擦力D.用此装置“探究加速度 a与力 F的关系”时,应使砂和砂桶总质量远小于小车的质量(3)如图甲所示是某同学设计的“探究加速度 a与力 F、质量 m的关系”的实验装置图,实验中认为细绳对小车拉力 F等于砂和砂桶总重力,小车运动加速度可由纸带求得。图甲
4、如图乙所示是该同学在某次实验中利用打点计时器打出的一条纸带,A、B、C、D、E、F 是该同学在纸带上选取的六个计数点,相邻计数点间有若干个点未标出,设相邻两个计数点间的时间间隔为 T。该同学用刻度尺测出 A、C 间的距离为 s1,B、D 间的距离为 s2,则打 B点时小车运动的速度 vB= ,小车运动的加速度 a= 。 图乙3某实验小组在实验时保持砂和砂桶总质量不变,改变小车质量 m,分别得到小车加速度 a与质量 m及对应的 数据如表所示。根据表中数据 ,在图丙坐标纸中作出拉力 F不变时 a与 关系的图像。1 1次数 1 2 3 4 5 6小车加速度a/(ms-2)1.72 1.49 1.25
5、 1.00 0.75 0.50小车质量 m/kg 0.29 0.33 0.40 0.50 0.71 1.00/kg-113.45 3.03 2.50 2.00 1.41 1.00图丙根据图像分析,得到实验结论: 。 综合提能1.某同学利用图(a)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(b)所示。实验中小车(含发射器)的质量为 200 g,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:图(a)4图(b)(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
6、图(b)可知,a-m 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 。 2.2017北京丰台二模,21(2)某物理兴趣小组的同学用图甲所示装置来“验证牛顿第二定律”。同学们在实验中都将砂和小桶总重力的大小作为细线对小车拉力的大小,通过改变小桶中砂的质量改变拉力。为使细线对小车的拉力等于小车所受的合外力,实验中需要平衡摩擦力。图甲下列器材中不必要的是 (填字母代号)。 A.低压交流电源 B.停表C.天平(含砝码) D
7、.刻度尺下列实验操作中,哪些是正确的 (填字母代号)。 A.调节滑轮的高度,使牵引小车的细线与长木板保持平行B.每次实验,都要先放开小车,再接通打点计时器的电源C.平衡摩擦力时,将悬挂小桶的细线系在小车上D.平衡摩擦力时,让小车后面连着已经穿过打点计时器的纸带图乙是某同学实验中获得的一条纸带。A、B、C 为三个相邻的计数点,若相邻计数点之间的时间间隔为 T,A、B 间的距离为 x1,A、C 间的距离为 x2,则小车的加速度 a= (用字母表达)。 5图乙图丙是小刚和小芳两位同学在保证小车质量一定时,分别以砂和小桶的总重力 mg为横坐标,以小车运动的加速度 a为纵坐标,利用各自实验数据作出的 a
8、-mg图像。a.由小刚的图像可以得到实验结论: 。 b.小芳与小刚的图像有较大差异,既不过原点,又发生了弯曲,下列原因分析正确的是 (填字母代号)。 A.图像不过原点,可能是平衡摩擦力时木板倾角过大B.图像不过原点,可能是平衡摩擦力时木板倾角过小C.图像发生弯曲,可能是砂和小桶的质量过大D.图像发生弯曲,可能是小车的质量过大正确平衡摩擦力后,小组中一位同学保持砂和小桶总重力 mg不变,通过在小车上增加砝码改变小车质量,进行实验并得到实验数据。处理数据时,他以小车和砝码的总质量 M为横坐标, 为纵坐标,作出1-M关系图像,示意图如图丁所示,发现图线在纵轴上有截距(设为 b)。该同学进行思考后预测
9、:若将砂1和小桶总重力换成另一定值(m+m)g,重复上述实验过程,再作出 -M图像。两次图像的斜率不同,但截1距相同均为 b。若牛顿第二定律成立,请通过推导说明该同学的预测是正确的。6答案精解精析基础巩固1.C 在该实验中,钩码并不做匀速直线运动,故细线中的拉力并不等于所悬挂钩码的总重力,故 A错误;在一定条件下,利用该方案可以验证“物体质量一定时,其加速度与所受的合力成正比”,故 B错误;由于实验中用钩码的重力代替细线中的拉力,虽然不知钩码具体质量,但可以通过钩码数量的变化与加速度的关系,反映合外力与加速度的关系,故 C正确;木板保持水平,则小车所受合力为 F 合 =nmg-Mg=Ma,故
10、a= -g,可知 a与 n的关系依然是线性的,故 D错误。2.B 当绳 B端挂质量为 m的物体时,它带动 M加速向右运动,设绳的张力为 T,由牛顿第二定律得:mg-T=ma1,T=Ma 1,+得:mg=(M+m)a 1,a1= ;当 B端加力 F=mg时,F=Ma 2,a2= ,因此 a1a2,B项正+ 确。3.答案 (1)D (2)BD(3) 如图所示12 2-122在合外力不变时,物体的加速度与质量成反比。解析 (1)电磁打点计时器使用 46 V交流电源。(2)用此装置“研究匀变速直线运动”时,不用消除小车和木板间的摩擦阻力的影响,但必须调整滑轮高度使连接小车的细线与木板平行,保持小车的加
11、速度不变,故 A错误、B 正确;在利用该装置来“探究物体的加速度 a与力 F的关系”时,设小车的质量为 M,砂和砂桶的总质量为 m,线的拉力为 F,以整体7为研究对象有 mg=(m+M)a,解得 a= ,以小车为研究对象有 F=Ma= = ,可见当 Mm 时才有+ +1+Fmg,故 D正确;平衡摩擦力的方法是将木板带打点计时器的一端适当垫高,这样做的目的是利用小车重力沿木板向下的分力补偿小车运动中所受阻力,即 Mg sin =Mg cos ,式子成立与质量无关,故改变质量后不需重新进行平衡,故 C错误。(3)相邻两个计数点间的时间间隔为 T,该同学用刻度尺测出 A、C 间的距离为 s1,B、D
12、 间的距离为 s2,则打 B点时小车运动的速度 vB= ,由 a= 可求得加速度 a= = 。根12 2 -2 +-22 2-122据表中数据在坐标纸中描点、连线。根据图像分析,得到实验结论:在合外力不变时,物体的加速度与质量成反比。综合提能1. 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 远小于小车的质量解析 (1)将图(b)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(b)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
13、力,则应满足三个条件,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 mg-T=ma、T=Ma 有 T= g=+,可见当 mM时才有 Tmg,故第三个条件为 mM。1+2. 答案 B AD 2-212a.小车质量一定时,小车运动的加速度与合外力成正比 b.BC设小车受到的拉力为 F,若牛顿第二定律成立,以小车和砝码为研究对象有 F=Ma;以砂和小桶为研究对象有 mg-Ma=ma,则 mg=(M+m)a,即: = M+ ,由表达式可得,图像的斜率与砂和小桶的总质量有关,1 11截距 b是定值,其值为 。18解析 该实验不需要停表。实验时要先接通电源,再释放小车,B 错。平衡摩擦力时不能将悬挂小桶的细线系在小车上,C 错。x=aT 2a= = 。2-1-122-212a.小车质量一定时,小车的加速度与合外力成正比。b.图像不过原点且与横轴相交说明平衡摩擦力不够。图像发生弯曲可能是砂和小桶的质量过大,不能保证 Mm。
