1、1课后限时作业 13 实验：验证牛顿运动定律时间：45 分钟 1在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中，在研究加速度 a 与小车的质量 M 的关系时，由于没有注意始终满足 Mm 的条件，结果得到的图象应是图中的( D )解析：小车加速度 a ，实验时若保持小车质量不变，横轴为 ，则 a 图象mgM m 1M m 1M m必为过原点的直线当满足 Mm 时， m 可忽略， a ， a 图象还可以满足图象是过原点mgM 1M的直线当小车质量较小，不满足 Mm 时，图象会向下弯曲，选项 D 正确2.如图所示为“探究加速度与物体受力的关系”的实验装置图图中 A 为小车，质量为m1，连接在小车后面的纸带
2、穿过电火花打点计时器 B，它们均置于水平放置的一端带有定滑轮的足够长的木板上， P 的质量为 m2， C 为弹簧测力计，实验时改变 P 的质量，读出测力计不同读数 F，不计绳与滑轮的摩擦(1)下列说法正确的是( B )A一端带有定滑轮的长木板必须保持水平B实验时应先接通电源后释放小车C实验中 m2应远小于 m1D测力计的读数始终为m2g2(2)如图为某次实验得到的纸带，纸带上标出了所选的四个计数点之间的距离，相邻计数点间还有四个点没有画出由此可求得小车的加速度的大小是 0.50 m/s2(交流电的频率为 50 Hz，结果保留两位有效数字)2(3)实验时，某同学由于疏忽，遗漏了平衡摩擦力这一步骤
3、，他测量得到的 aF 图象可能是图中的图线( C )解析：(1)一端带有定滑轮的长木板必须稍微倾斜，以平衡摩擦力，选项 A 错误；实验时应先接通电源后释放小车，选项 B 正确；实验中 m2不必远小于 m1，选项 C 错误；由于 P向下加速运动，测力计的读数始终小于 ，选项 D 错误m2g2(2)由 x aT2解得小车的加速度的大小是 0.50 m/s2.(3)遗漏了平衡摩擦力这一步骤，他测量得到的 aF 图象，应该是当 F 从某一值开始增大，加速度 a 才开始增大，所以可能是图线 C.3某同学利用图甲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，如图乙所示实验
4、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质定滑轮，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非线性(选填“线性”或“非线性”)关系(2)由图乙可知， am 图线不经过原点，可能的原因是存在摩擦力(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调整轨道倾斜度以平衡摩擦力，钩码的质量应满足的条件是远小于小车质量解析：本题考查了验证牛顿第二定律(1)根据图中描出的各点，作出的图象不是
5、一条3直线，即小车的加速度与钩码的重力成非线性关系(2)图线不过原点，有拉力但没有加速度，原因是存在摩擦力(3)平衡摩擦力之后，在满足钩码质量远小于小车质量的条件下，可以得出小车质量不变情况下加速度与拉力成正比的结论4某同学在做验证牛顿第二定律的实验中，实验装置如图所示，打点计时器使用的交流电源的频率为 50 Hz，开始实验时，细线上挂适当的钩码，释放小车后，小车做匀加速运动，与小车相连的纸带上被打出一系列小点(1)如图是实验中获取的一条纸带的一部分，1、2、3、4 是计数点，每相邻两计数点间还有 4 个打点，计数点间的距离如图所示，根据图中数据计算的加速度 a0.16 m/s2(保留两位有效
6、数字)，计数点 2 对应的速度大小 v20.36 m/s(保留两位有效数字)(2)实验中，该同学测出拉力 F(钩码重力)和小车质量 M，根据 a 计算出加速度，发FM现绝大多数情况下，根据公式计算出的加速度要比利用纸带测出的加速度大，若该同学实验操作过程没有错误，试分析其原因存在摩擦阻力；绳的拉力小于钩码的重力(至少写两点)(3)另一同学在完成同样的实验时，每次实验在吊挂之处逐次增加一个质量为 50 g 的钩码，利用纸带测出每次小车的加速度，如果小车质量为 100 g，细绳质量可忽略，则下列曲线最适合描述小车加速度随着吊挂钩码个数变化的是( D )解析：(1) a ， x(3.833.52)
7、cm0.31 cm x2t2t5 T s0.1 s，则 a0.16 m/s 25f 550v2 m/s0.36 m/s 3.52 3.68 10 220.1(2)从小车的受力情况及其合力与 F 的关系思考，可能存在摩擦阻力或绳的拉力小于钩4码的重力(3)根据牛顿第二定律，对钩码有： mg FT ma，对小车有 FT Ma，则 a ，当mgM mMm 时， a mg N(钩码数)实验中，随着钩码个数的增多， Mm 已不成立，由a mg 可知图象的斜率随着 m(或 N)的增大而减小，选项 D 正确mgM m 1M m5某物理兴趣小组的同学用如图甲所示的装置来验证牛顿第二定律同学们在实验中，都将砂和
8、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(1)下列器材中不必要的是 B(填字母代号)A低压交流电源 B停表C天平(含砝码) D刻度尺(2)下列实验操作中正确的是 AD(填字母代号)A调节滑轮的高度，使牵引小车的细绳与长木板保持平行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(3)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
9、离为 x1， A、 C 间的距离为 x2，则小车的加速度 a(用字母表示)x2 2x1T2解析：(1)电磁打点计时器使用的是低压交流电源，故 A 不符合题意；电磁打点计时器是计时的仪器，不需要停表，故 B 符合题意；验证牛顿第二定律的过程中需要使用天平(含砝码)测量小桶(包括砂)与小车的质量，故 C 不符合题意；验证牛顿第二定律的过程中需要使用刻度尺测量纸带上计数点间的距离，故 D 不符合题意(2)在实验过程中要注意调节滑轮的高度，使牵引小车的细绳与长木板保持平行，才能5使绳子的拉力平行于小车运动的方向，故选项 A 正确；实验时，先接通打点计时器的电源，再释放小车，故 B 错误；在调节木板倾斜
10、程度平衡小车受到的滑动摩擦力时，需要将细线和装有砂的小桶摘下，故 C 错误；平衡摩擦力时，要通过小车后面连着的纸带来检验小车是否做匀速运动，故 D 正确(3)相邻计数点间的时间间隔为 T，由匀变速直线运动的推论 x aT2可知，加速度a . x2 x1 x1T2 x2 2x1T26甲同学准备做“探究功与物体速度变化的关系”实验乙同学准备做“验证机械能守恒定律”实验丙同学准备做“研究匀变速直线运动速度与时间关系”实验6(1)甲同学用电磁打点计时器与学生电源相接，上面接线正确的是图 2.(填“图 1”或“图 2”)(2)关于甲、乙两同学的实验，下列说法正确的是 D.(填字母代号)A甲同学可以利用纸
11、带上任意两计时点的距离求所需速度B甲同学实验时，通过改变小车的释放位置来探究做功与速度变化关系C乙同学可以利用 v gt 求出某计时点的瞬时速度D乙同学实验时使重物靠近打点计时器释放的目的是为了获取更多的计时点(3)三位同学实验正确操作后获得了一条纸带，下图是某位同学实验中打出的一条纸带的一部分(单位：cm)，纸带上标出了连续的 6 个计数点，相邻计数点之间还有 4 个点没有画出打点计时器打点“3”时，小车的速度为 0.23 m/s(结果保留两位有效数字)通过分析可得出：这条纸带是丙同学得到；以上三个实验中必须要平衡摩擦力是甲同学的实验(以上两空填“甲” “乙”或“丙”)7解析：(1)打点计时
12、器使用低压交流电源，接线正确的是图 2.(2)甲同学要求解小车得到的最大速度，应该利用纸带上点迹均匀且间距最大的那部分计时点的距离求所需速度，选项 A 错误；甲同学实验时，通过改变橡皮筋的条数来探究做功与速度变化的关系，选项 B 错误；乙同学需要利用 vn 计算某计时点的瞬时xn 1 xn 12T速度，选项 C 错误；乙同学实验时使重物靠近打点计时器释放的目的是为了获取更多的计时点，选项 D 正确(3)打点计时器打点“3”时，小车的速度 v3m/s0.23 m/s.由 x aT2可知，加速度 a 6.42 1.75 10 220.1 x46 x136T2m/s20.39 m/s2，可知纸带不是
13、乙同学得到的，因相邻 12.65 6.42 3.89 10 20.06两点间距逐渐变大，可知纸带不是甲同学得到的，通过分析可得出这条纸带是丙同学得到的以上三个实验中必须要平衡摩擦力的是“探究功与物体速度变化的关系”实验，即甲同学的实验7在探究“牛顿第二定律”时，某小组设计“双车位移比较法”来探究加速度与力的关系实验装置如图所示，将轨道分双层排列，两小车后的刹车线穿过尾端固定板，同时释放小车，一段时间后由安装在后面的刹车系统同时进行控制(刹车系统未画出)通过改变砝码盘中砝码质量的多少来改变拉力大小通过比较两小车的位移大小来比较两小车的加速度大小已知两车质量均为 200 g，实验数据如表所示：8试根据该实验的情境，回答下列问题：(1)两小车的位移 s 甲 、 s 乙 与加速度 a 甲 、 a 乙 的关系满足 .s甲s乙 a甲a乙(2)分析表中数据可得到结论：在小车质量相同的情况下，小车的加速度与小车所受合外力成正比(3)该装置中的刹车系统的作用是让两个小车同时运动，同时停车，确保两车的运动时间相等解析：(1)位移 s at2，由于两车运动时间相同，则有12 .s甲s乙 a甲a乙(2)分析表格中数据可得到结论：在实验误差范围内，当小车质量保持不变时，小车的加速度与小车所受外力成正比(3)该装置的刹车系统的作用是让两个小车同时运动，同时停车，确保两车的运动时间相等9
