實(shí)驗(yàn)四 驗(yàn)證牛頓第二定律

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1、1. （2011?高考浙江卷）在“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)時(shí)，已提供了小車、 一端附有定滑輪的長木板、紙帶、帶小盤的細(xì)線、刻度尺、天平、導(dǎo)線.為了完成實(shí)驗(yàn)， 還須從下圖中選取實(shí)驗(yàn)器材，其名稱是 （漏選或全選得零分）；并 分別寫出所選器材的作用 . 解析：為測(cè)量小車的加速度，需記錄小車運(yùn)動(dòng)的位置和時(shí)間，這可利用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器和 紙帶完成.所以，實(shí)驗(yàn)中應(yīng)有打點(diǎn)計(jì)時(shí)器.實(shí)驗(yàn)中需要改變小車的質(zhì)量，這可通過在小車 上添加鉤碼來實(shí)現(xiàn)，所以實(shí)驗(yàn)中應(yīng)有鉤碼.實(shí)驗(yàn)中還需要改變小車所受拉力的大小，這可 通過改變盤中的砝碼的數(shù)目來改變，所以實(shí)驗(yàn)中應(yīng)有砝碼. 學(xué)生電源為電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器提供交流電源；

2、電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器（電火花計(jì)時(shí)器）記錄小車 運(yùn)動(dòng)的位置和時(shí)間；鉤碼用以改變小車的質(zhì)量；砝碼用以改變小車受到的拉力的大小，還 可用于測(cè)量小車的質(zhì)量. 答案：學(xué)生電源、電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、鉤碼、砝碼（或電火花計(jì)時(shí)器、鉤碼、砝碼）見 解析 2. （2012 ?高考大綱全國卷）圖甲為驗(yàn)證牛頓第二定律的實(shí)驗(yàn)裝置示意圖.圖中打點(diǎn)計(jì) 時(shí)器的電源為50 Hz的交流電源，打點(diǎn)的時(shí)間間隔用At表示.在小車質(zhì)量未知的情況下， 某同學(xué)設(shè)計(jì)了一種方法用來探究“在外力一定的條件下，物體的加速度與其質(zhì)量間的關(guān) 系”. 電源 甲 （1）完成下列實(shí)驗(yàn)步驟中的填空： ① 平衡小車所受的阻力：小吊盤中不放物塊，調(diào)整木板

3、右端的高度，用手輕撥小車， 直到打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出一系列 的點(diǎn). ② 按住小車，在小吊盤中放入適當(dāng)質(zhì)量的物塊，在小車中放入祛碼. ③ 打開打點(diǎn)計(jì)時(shí)器電源，釋放小車，獲得帶有點(diǎn)跡的紙帶，在紙帶上標(biāo)出小車中祛碼 的質(zhì)量m. ④ 按住小車，改變小車中祛碼的質(zhì)量，重復(fù)步驟③. ⑤ 在每條紙帶上點(diǎn)跡清晰的部分，每5個(gè)間隔標(biāo)注一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn).測(cè)量相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)的間 距* s2、……求出與不同m相對(duì)應(yīng)的加速度a. ⑥ 以砝碼的質(zhì)量m為橫坐標(biāo)，￡為縱坐標(biāo)，在坐標(biāo)紙上作出1—m關(guān)系圖線.若加速度與 a a 小車和砝碼的總質(zhì)量成反比，貝吃與m應(yīng)成 (選填“線性”或“非線性”)關(guān)系. (2) 完成下列填空：

4、 ① 本實(shí)驗(yàn)中，為了保證在改變小車中祛碼的質(zhì)量時(shí)，小車所受的拉力近似不變，小吊 盤和盤中物塊的質(zhì)量之和應(yīng)滿足的條件是 . ② 設(shè)紙帶上三個(gè)相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)的間距為s’、s2和sa可用s’、s3和At表示為a= 12 3 1 3 .圖乙為用米尺測(cè)量某一紙帶上的氣、s3的情況，由圖可讀出s’ = mm, s3= mm，由此求得加速度的大小a= m/s2. 乙 ③ 圖丙為所得實(shí)驗(yàn)圖線的示意圖.設(shè)圖中直線的斜率為k,在縱軸上的截距為b,若牛 頓定律成立，則小車受到的拉力為 ，小車的質(zhì)量為 . 1 答案：(1)①間距相等⑥線性 s —s (2)①小吊盤和盤中物

5、塊的質(zhì)量之和遠(yuǎn)小于小車和砝碼的質(zhì)量 ②2血t) 2 24.3 47.1 1.14 ③1 b 3. (2012?高考安徽卷)圖1為“驗(yàn)證牛頓第二定律”的實(shí)驗(yàn)裝置示意圖.砂和砂桶的 小車、強(qiáng)打區(qū)耳?時(shí)器 合 接交流電源 砂、砂桶 總質(zhì)量為m,小車和祛碼的總質(zhì)量為M實(shí)驗(yàn)中用砂和砂桶總重力 的大小作為細(xì)線對(duì)小車?yán)Φ拇笮? (1) 實(shí)驗(yàn)中，為了使細(xì)線對(duì)小車的拉力等于小車所受的合外 力，先調(diào)節(jié)長木板一端滑輪的高度，使細(xì)線與長木板平行?接下 來還需要進(jìn)行的一項(xiàng)操作是 A. 將長木板水平放置，讓小車連著已經(jīng)穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的紙帶，給打點(diǎn)計(jì)時(shí)器通電, 調(diào)節(jié)m的大小，使小車在砂和砂桶的牽弓|

6、下運(yùn)動(dòng).從打出的紙帶判斷小車是否做勻速運(yùn)動(dòng). B. 將長木板的一端墊起適當(dāng)?shù)母叨?，讓小車連著已經(jīng)穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的紙帶，撤去砂 和砂桶，給打點(diǎn)計(jì)時(shí)器通電，輕推小車，從打出的紙帶判斷小車是否做勻速運(yùn)動(dòng). C. 將長木板的一端墊起適當(dāng)?shù)母叨?，撤去紙帶以及砂和砂桶，輕推小車，觀察判斷小 車是否做勻速運(yùn)動(dòng). (2) 實(shí)驗(yàn)中要進(jìn)行質(zhì)量m和M的選取，以下最合理的一組是 . A. M=200 g，m=10 g、15 g、20 g、25 g、30 g、40 g B. M=200 g，m=20 g、40 g、60 g、80 g、100 g、120 g C. M=400 g，m=10 g、15 g、20

7、 g、25 g、30 g、40 g D. M=400 g，m=20 g、40 g、60 g、80 g、100 g、120 g (3) 圖2是實(shí)驗(yàn)中得到的一條紙帶，A、B、C、D、E、F、G為7個(gè)相鄰的計(jì)數(shù)點(diǎn)，相鄰 的兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)之間還有四個(gè)點(diǎn)未畫出.量出相鄰的計(jì)數(shù)點(diǎn)之間的距離分別為：SAB=4.22cm、 Sbc=4.65 cm、scd=5.08 cm、sde=5-49 cm、sef=5-91 cm、sfg=6-34 cm.已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器 的工作頻率為50 Hz,貝IJ小車的加速度a= m/s2(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字) r~A B C ~D E F G ) (? ? * ? ? * I

8、 圖2 解析：⑴小車在運(yùn)動(dòng)過程中受到重力、支持力、紙帶的拉力、木板對(duì)小車的摩擦力和 細(xì)線拉力的作用.為了使細(xì)線對(duì)小車的拉力等于小車所受的合力，因此應(yīng)把木板的一端墊 起適當(dāng)?shù)母叨?，以使重力、支持力和摩擦力的合力為零，即小車做勻速運(yùn)動(dòng)，因此在進(jìn)行 這一操作時(shí)，不應(yīng)掛砂桶，小車應(yīng)連接紙帶，A、C錯(cuò)誤，B正確. (2)由于繩子的拉力不易測(cè)量，本實(shí)驗(yàn)中用砂和砂桶總重力的大小來代替繩拉力的大 小，而砂桶做加速運(yùn)動(dòng)，設(shè)加速度大小為a,則T = m(g- a)，當(dāng)砂桶的加速度很小時(shí)，T近 似等于mg,因此實(shí)驗(yàn)中應(yīng)控制實(shí)驗(yàn)條件，使砂桶的加速度很小.只有當(dāng)小車的質(zhì)量遠(yuǎn)大于 砂和砂桶的總質(zhì)量時(shí)，小車和砂桶的加

9、速度才很小，繩的拉力才近似等于砂和砂桶的總重 力.C正確. ⑶相鄰兩計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔T = 0.1 s ,由△ x = aT2可得a = (Sfg+Sef+Sde)-(Scd+Sbc+Sab) (3T2) 代入數(shù)據(jù)解得a = 0.42 m/s2. 答案：(1)B (2)C (3)0.42 4. (2014 ?臨汾模擬)在“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)中備有下列器材: A. 電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器 B.天平(帶祛碼) C.秒表D.低壓直流電源 E. 紙帶和復(fù)寫紙 F.導(dǎo)線 G.細(xì)繩H.小車 I.砂和小桶 J?一端附有滑輪的長木板 K.砝碼 （1）其中多余的器材是 （

10、填代號(hào)），缺少的器材是 和 . ⑵在探究加速度a與質(zhì)量m的關(guān)系時(shí)，分別以 為縱坐標(biāo)、 為橫坐標(biāo) 作圖象，這樣就能直觀地看出其關(guān)系. 答案：（1）CD低壓交流電源 刻度尺（2）a m 5. （2014?福建三明模擬）用如圖所示的裝置做“驗(yàn)證牛頓運(yùn)動(dòng)定律”實(shí)驗(yàn)，甲同學(xué)根 據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)畫出的小車的加速度a和小車所受拉力F的圖象為圖中的直線I,乙同學(xué)畫出 的a-F圖象為圖中的直線II.直線I、II在縱軸或橫軸上的截距較大，明顯超出了誤差范 圍，下面給出了關(guān)于形成這種情況原因的四種解釋，其中可能正確的是（） M mg A. 實(shí)驗(yàn)前甲同學(xué)沒有平衡摩擦力 B. 甲同學(xué)在平衡摩擦力時(shí)，把長木

11、板的末端抬得過高了 C. 實(shí)驗(yàn)前乙同學(xué)沒有平衡摩擦力 D. 乙同學(xué)在平衡摩擦力時(shí)，把長木板的末端抬得過高了 答案：BC 6. （2014?濰坊月考）在探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系活動(dòng)中，某小組設(shè)計(jì)了如圖所示 的實(shí)驗(yàn)裝置.圖中上下兩層水平軌道表面光滑，兩小車前端系上細(xì)線，細(xì)線跨過滑輪并掛 上砝碼盤，兩小車尾部細(xì)線連到控制裝置上，實(shí)驗(yàn)時(shí)通過控制裝置使兩小車同時(shí)開始運(yùn)動(dòng), 然后同時(shí)停止. 滑輪 細(xì)線 塵至J G舷碼盤和舷碼 控制裝置 （1）在安裝實(shí)驗(yàn)裝置時(shí)，應(yīng)調(diào)整滑輪的高度，使 ；在實(shí)驗(yàn)時(shí)，為減小系統(tǒng)誤差, 應(yīng)使砝碼盤和砝碼的總質(zhì) 小車的質(zhì)量（選填“遠(yuǎn)大于”“遠(yuǎn)小于” “等于”

12、）. ⑵本實(shí)驗(yàn)通過比較兩小車的位移來比較小車加速度的大小，能這樣比較，是因?yàn)? （3）實(shí)驗(yàn)中獲得數(shù)據(jù)如下表所示: 小車I、II的質(zhì)量均為200 g. 實(shí)驗(yàn)次數(shù) 小車 拉力F/N 位移x/cm 1 I 0.1 II 0.2 46.51 2 I 0.2 29.04 II 0.3 43.63 3 I 0.3 41.16 II 0.4 44.80 4 I 0.4 36.43 II 0.5 46.56 在第1次實(shí)驗(yàn)中小車I從下圖中的A點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)，請(qǐng)將測(cè)量結(jié)果填到表中空格處.通 過分析，可知表中第—次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)存在明顯錯(cuò)誤，應(yīng)舍棄.

13、 A I B 1 cmlllllllllll111! i|iiii |ini|iji 屮 in| 0 1 ! 22 23： 24 解析：⑴拉小車的水平細(xì)線要與軌道平行.只有在砝碼盤和砝碼的總質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車 質(zhì)量時(shí)，才能認(rèn)為砝碼盤和砝碼的總重力等于細(xì)線拉小車的力. ⑵對(duì)初速度為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng)，時(shí)間相同時(shí)，根據(jù)x = *at2,得學(xué)=?. 2 2 （3）刻度尺的最小刻度是1 mm,要估讀到毫米的下一位.讀數(shù)為23.86 cm- 0.50 cm = 23.36 cm. 答案：（1）細(xì)線與軌道平行（或水平）遠(yuǎn)小于 ⑵兩小車從靜止開始做勻加速直線運(yùn)動(dòng)、且兩小車的運(yùn)動(dòng)時(shí)間相等 （3）23.36（23.34?23.38 均對(duì)）3