实验：验证牛顿第二定律习题及详解.doc

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实验：

验证牛顿第二定律

1．“验证牛顿运动定律”的实验中，以下说法正确的是（　　）

A．平衡摩擦力时，小盘应用细线通过定滑轮系在小车上

B．实验中应始终保持小车和砝码的质量远远大于小盘和砝码的质量

C．实验中如果用纵坐标表示加速度，用横坐标表示小车和车内砝码的总质量，描出相应的点在一条直线上时，即可证明加速度与质量成反比

D．平衡摩擦力时，小车后面的纸带必须连好，因为运动过程中纸带也要受到阻力

解析：

平衡摩擦力时，细线不能系在小车上，纸带必须连好，故A错D对；小车和砝码的总质量应远大于小盘和砝码的总质量，故B对；若横坐标表示小车和车内砝码的总质量，则a－M图象是双曲线，不是直线，故C错．

答案：

BD

2．（2011年三明模拟）用如图甲所示的装置做“验证牛顿第二定律”实验，甲同学根据实验数据画出的小车的加速度a和小车所受拉力F的图象为图中的直线Ⅰ，乙同学画出的a－F图象为下图中的直线Ⅱ.直线Ⅰ、Ⅱ在纵轴或横轴上的截距较大，明显超出了误差范围，下面给出了关于形成这种情况原因的四种解释，其中可能正确的是（　　）

A．实验前甲同学没有平衡摩擦力

B．甲同学在平衡摩擦力时，把长木板的末端抬得过高了

C．实验前乙同学没有平衡摩擦力

D．乙同学在平衡摩擦力时，把长木板的末端抬得过高了

解析：

由直线Ⅰ可知，甲同学在未对小车施加拉力F时小车就有了加速度，说明在平衡摩擦力时，把木板的末端抬得过高了，B正确，A错误；由直线Ⅱ可知，乙同学在对小车施加了一定的拉力时，小车的加速度仍等于零，故实验前乙同学没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不足，C正确，D错误．

答案：

BC

3．在“探究加速度与物体质量、物体受力的关系”实验中，某小组设计了如图所示的实验装置．图中上下两层水平轨道表面光滑，两小车前端系上细线，细线跨过定滑轮并挂上砝码盘，两小车尾部细线连到控制装置上，实验时通过控制装置使两小车同时开始运动，然后同时停止．

（1）在安装实验装置时，应调整滑轮的高度，使__________．在实验时，为减小系统误差，应使砝码盘和砝码的总质量________（选填“远大于”、“远小于”或“等于”）小车的质量．

（2）本实验通过比较两小车的位移来比较小车加速度的大小，能这样比较，是因为________．

解析：

（1）在安装实验装置时，应调整滑轮的高度，使细线与水平轨道平行，在实验时，为使砝码和盘的总重力近似等于细线的拉力，作为小车所受的合外力，必须满足砝码和盘的总质量远小于小车的质量．

（2）因为两小车同时开始运动，同时停止，运动时间相同，由s＝at2可知，a与s成正比．

答案：

（1）小车与滑轮之间的细线与轨道平行　远小于

（2）两车从静止开始匀加速直线运动，且两车运动的时间相同，其加速度与位移成正比

4．如图为“用DIS（位移传感器、数据采集器、计算机）研究加速度和力的关系”的实验装置．

（1）在该实验中必须采用控制变量法，应保持________不变，用钩码所受的重力作为________，用DIS测小车的加速度．

（2）改变所挂钩码的数量，多次重复测量．在某次实验中根据测得的多组数据可画出a－F关系图线（如图所示）．

①分析此图线的OA段可得出的实验结论是_______________．

②（单选题）此图线的AB段明显偏离直线，造成此误差的主要原因是（　　）

A．小车与轨道之间存在摩擦

B．导轨保持了水平状态

C．所挂钩码的总质量太大

D．所用小车的质量太大

解析：

（1）因为要探索“加速度和力的关系”所以应保持小车的总质量不变，钩码所受的重力作为小车所受外力．

（2）由于OA段a－F关系为一倾斜的直线，所以在质量不变的条件下，加速度与外力成正比．

由实验原理：

mg＝Ma得a＝＝，而实际上a′＝，可见AB段明显偏离直线是由于没有满足M≫m造成的．

答案：

（1）小车的总质量　小车所受外力　

（2）①在质量不变的条件下，加速度与外力成正比　②C

5．（2010年高考江苏单科）为了探究受到空气阻力时，物体运动速度随时间的变化规律，某同学采用了“加速度与物体质量、物体受力关系”的实验装置（如图所示）．实验时，平衡小车与木板之间的摩擦力后，在小车上安装一薄板，以增大空气对小车运动的阻力．

（1）往砝码盘中加入一小砝码，在释放小车________（选填“之前”或“之后”）接通打点计时器的电源，在纸带上打出一系列的点．

（2）从纸带上选取若干计数点进行测量，得出各计数点的时间t与速度v的数据如下表：

时间t/s

0

0.50

1.00

1.50

2.00

2.50

速度v/（m·s－1）

0.12

0.19

0.23

0.26

0.28

0.29

请根据实验数据作出小车的v－t图象．

（3）通过对实验结果的分析，该同学认为：

随着运动速度的增加，小车所受的空气阻力将变大，你是否同意他的观点？

请根据v－t图像简要阐述理由．

解析：

（1）之前　

（2）如图所示

（3）同意．在v－t图象中，速度越大时，加速度越小，小车受到的合力越小，则小车受空气阻力越大．

答案：

（1）之前　

（2）如图所示　（3）见解析

6．（2011年潍坊模拟）为了探究加速度与力的关系，使用如图所示的气垫导轨装置进行实验．其中G1、G2为两个光电门，它们与数字计时器相连，当滑行器通过G1、G2光电门时，光束被遮挡的时间Δt1、Δt2都可以被测量并记录，滑行器连同上面固定的一条形挡光片的总质量为M，挡光片宽度为D，光电门间距离为x，牵引砝码的质量为m.回答下列问题：

（1）实验开始应先调节气垫导轨下面的螺钉，使气垫导轨水平，在不增加其他仪器的情况下，如何判定调节是否到位？

答：

____________________________

（2）若取M＝0.4kg，改变m的值，进行多次实验，以下m的取值不合适的一个是___________________________．

A．m1＝5g　　　　　　　　　B．m2＝15g

C．m3＝40gD．400g

（3）在此实验中，需要测得每一个牵引力对应的加速度，其中求得的加速度的表达式为：

___________________________.

（用Δt1、Δt2、D、s表示）

解析：

（1）如果气垫导轨水平，则不挂砝码时，M应能在任意位置静止不动，或推动M后能使M匀速运动．

（2）应满足M≫m，故m4＝400g不合适．

（3）由v1＝，v2＝，v－v＝2as

可得：

a＝.

答案：

（1）取下牵引砝码，M放在任意位置都不动；或取下牵引砝码，轻推滑行器M，数字计时器记录每一个光电门的光束被挡的时间Δt都相等．

（2）D　（3）a＝

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