2023一轮复习课后速练15 3.4 实验：验证牛顿第二定律

2023一轮复习课后速练(十五)

非选择题

1．(2022·浙江模拟)在“探究加速度与力、质量关系的实验”中．

(1)在图甲中轨道上安装的水平仪，在平衡小车受到阻力时，能不能用于判断阻力是否平衡________(填“能”或“不能”)；当水平仪的气泡处于图示位置时，假设要调节a端螺母，则应使a端螺母________(填“升高”或“降低”)；

(2)图乙为实验中打出的纸带，图中相邻计数点间还有4个点未画出，则打点计时器在打下计数点5时小车的速度为________m/s；(保留2位有效数字)

(3)根据实验测得的数据得到加速度与力的关系如图丙中实线所示，虚线为过原点的倾斜直线．为减小实验误差，细线下端所挂重物的质量不超过________．(填字母)

A．10 g　　　　　　　　 B．25 g

C．40 g   D．50 g

【答案】　(1)不能　降低　(2)0.35　　(3)B

【思维分析】 (1)水平仪只能判断木板是否是水平的，则在平衡小车受到的阻力时，不能用于判断阻力是否平衡；当水平仪的气泡处于图甲所示位置时，应使a端螺母降低；

(2)打点计时器在打下计数点5时小车的速度为v5＝＝ m/s＝0.35 m/s.

(3)由图丙可知，当重物的重力大于0.25 N时图像出现了弯曲，则实验时应该使得细线下端所挂重物的质量不超过25 g，故选B项．

2．(2021·河北模拟)用图甲所示的装置进行“探究加速度与力、质量之间的关系”实验，图乙是其俯视图．两个相同的小车放在平板上，车左端各系一条细绳，绳跨过定滑轮各挂一个相同的小盘．实验中可以通过增减车中的钩码改变小车的质量，通过增减盘中的砝码改变拉力．两个小车右端通过细线用夹子固定，打开夹子，小车在小盘和砝码的牵引下运动，合上夹子，两小车同时停止．

(1)实验中，小车通过的位移之比为1∶2，则两小车的加速度之比为________；

(2)探究“加速度与质量之间的关系”时，应在小盘中放质量________(选填“相同”或“不相同”)的砝码；

(3)探究“加速度与质量之间的关系”时，事实上小车和平板间存在摩擦力，下列说法中正确的是________．

A．若平板保持水平，选用更光滑的平板有利于减小误差

B．平板右端适当垫高以平衡摩擦力有利于减小误差

C．因为两小车质量相同时与桌面的摩擦力相同，所以摩擦力不影响实验结果

【答案】　(1)1∶2　(2)相同　(3)AB

【思维分析】 (1)小车做初速度为零的匀加速直线运动，由匀变速直线运动的位移公式：x＝at2，可知：a＝，两小车的运动时间t相等，则两车的加速度之比等于位移之比，为1∶2.

(2)本实验是控制变量法的实验，探究“加速度与质量之间的关系”时，要保证拉力不变，则应在小盘中放质量相同的砝码．

(3)若平板保持水平，选用更光滑的平板，摩擦力近似等于0，此时合力即为轻绳的拉力，可以认为合力不变，则有利于减小误差，故A项正确；平板右端适当垫高以平衡摩擦力，此时合力即为轻绳的拉力，可认为合力不变，则有利于减小误差，故B项正确；若存在摩擦力，则合力为拉力与摩擦力的合力，当小车的质量发生变化，摩擦力也会变，则合力会变化，此时就不能保证小车受到的合力不变，则误差较大，故C项错误．故选A、B两项．

3．(2021·广东模拟)在做“探究加速度与力、质量的关系”实验中，

(1)下列说法正确的是________；

A．先释放纸带再接通电源

B．拉小车的细线应尽可能与长木板平行

C．纸带与小车相连端的点迹较疏

D．轻推小车，拖着纸带的小车能够匀速下滑说明摩擦力已被平衡

(2)如图甲是上述实验打出的一条纸带，已知打点计时器的打点周期是0.02 s，结合图甲给出的数据(单位：cm)，求出小车运动加速度的大小为________m/s2，并求出纸带中P点瞬时速度的大小为________m/s.(结果均保留2位有效数字)

(3)某实验小组重新设计了实验装置，如图a所示．通过改变重物的质量，利用计算机可得滑块运动的加速度a和所受拉力F的关系图像．他们在轨道水平和倾斜的两种情况下分别做了实验，得到了两条a－F图线，如图b所示．

由图b可知：滑块和位移传感器发射部分的总质量m＝________kg，滑块和轨道间的动摩擦因数μ＝________．

【答案】　(1)BD　(2)4.0　2.6　(3)0.5　0.2

【思维分析】 (1)先接通电源后释放纸带，故A项错误；拉小车的细线应尽可能与长木板平行，绳子的拉力即为小车受到的水平合力，故B项正确；纸带与小车相连端的点迹为开始打的点，较密，故C项错误；轻推小车，拖着纸带的小车能够匀速下滑说明摩擦力已被平衡，故D项正确．

(2)利用逐差法求出小车的加速度大小Δx＝aT2，解得a＝＝

×10－2 m/s2＝4.0 m/s2，P点的瞬时速度为vP＝×10－2 m/s≈2.6 m/s.

(3)由图b可知，上边的直线当F＝0时，a＝2 m/s2≠0，也就是说当绳子上没有拉力时小车就有加速度，说明重力沿斜面方向向下的分力大于摩擦力，所以上边的图线是在轨道左侧抬高成为斜面情况下得到的．则另一条直线是在水平情况下得到的．在水平轨道上F－μmg＝ma，得a＝－μg，所以滑块运动的加速度a和所受拉力F的关系图像斜率等于滑块和位移传感器发射部分的总质量的倒数．由图b得加速度a和所受拉力F的关系图像斜率k＝2，所以滑块和位移传感器发射部分的总质量m＝0.5 kg，由图b得，在水平轨道上F＝1 N时，加速度为a＝0，根据牛顿第二定律得，F－μmg＝0，解得μ＝0.2.

4．(2021·海南模拟)某物理兴趣小组用如图所示装置探究加速度与合力的关系．已知当地重力加速度为g.

(1)实验步骤如下：

第1步：把长木板不带滑轮一端用铰链固定在水平桌面上，另一端用垫块垫起一定高度．两光电门固定在木板上，且光电门1和2距离较远，光电门1距离小滑块(带遮光条)比较近．

第2步：通过调整沙桶内细沙的质量，直至给小滑块一个沿木板向下的初速度，小滑块匀速下滑，即观察到遮光条通过两光电门的时间________(填“相等”或“不相等”)为止．

第3步：去掉小沙桶，把小滑块紧挨小滑轮由静止释放，记录遮光片(遮光条宽度为d)通过光电门2的时间t，同时测量出沙桶(包括里面的细沙)质量m.

第4步：改变垫块的位置，重复第2、3两步．

(2)在实验步骤第3步中，小滑块通过光电门的速度为________；去掉小沙桶，把小滑块紧挨小滑轮由静止释放后，小滑块所受到的合力为________．(用题中所给的字母表示)．

(3)设小滑块(包括遮光条)质量为M，小滑块释放点到光电门2距离为x，若关系式m＝________成立，可得质量一定时，加速度与合力成正比．

【答案】　(1)相等　(2)　mg　(3)

【思维分析】 (1)小车匀速下滑，所以小车通过两光电门的时间相等．

(2)小车通过光电门的速度为v＝，没有去掉小沙桶时，小滑块所受到的绳子拉力、重力、摩擦力、支持力等四力平衡，所以去掉小沙桶后，另外三力不变，则小滑块受到的合力与绳子拉力等大反向，即合力为mg.

(3)根据牛顿第二定律及运动学公式得2ax＝2x＝，化简得m＝.

5.(2021·襄阳模拟)某同学用如图所示的装置测量一重物的质量M，在光滑的定滑轮两侧分别挂上重物和n块质量均为m0的铁片(M＞nm0)，调整重物到合适高度后静止释放重物，用厘米刻度尺测出重物下降的距离H，同时测出重物下降H所用的时间t0，然后从定滑轮左侧每次只取下一块铁片放到右侧重物上，仍让重物每次都从同一位置由静止开始下落相同的高度H，记录时间分别为t1、t2….

(1)若厘米刻度尺测量如图所示，则H＝________ cm；

(2)下落时间为t0时，重物的加速度为a0，从左侧取下i块铁片置于右侧重物上时，对应的时间为ti，重物的加速度为ai，则＝________(用t0和ti表示)；

(3)作出i－的图线是一条直线，直线的斜率为k，则重物的质量M＝________(用k、n和m0表示)．

【答案】　(1)50.0　(2)　(3)(2k＋n)m0

【思维分析】 (1)根据图所示，刻度尺的分度值为1 cm，所以读数为50.0 cm；

(2)重物每次都从同一位置由静止开始下落相同的高度H，则H＝a0t02，H＝aiti2，则＝.

(3)根据牛顿第二定律得a0＝，ai＝，可得i＝，所以i－图线的斜率为k＝，则M＝(2k＋n)m0.

6．(2021·贵州模拟)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.开始时让木板置于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，并用秒表记下木板运动到PQ处的时间t.则：

(1)木板的加速度可以用d、t表示为a＝________．

(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．下列图像能表示该同学实验结果的是________．

(3)用加水的方法改变拉力的大小与挂钩码的方法相比，它的优点是________．

A．可以改变滑动摩擦力的大小

B．可以更方便地获取多组实验数据

C．可以比较精确地测出滑动摩擦力的大小

D．可以获得更大的加速度以提高实验精度

【答案】　(1)　(2)C　(3)BC

【思维分析】 (1)木板做初速度为零的匀加速直线运动，根据x＝v0t＋at2，得d＝at2，解得a＝，即木板的加速度为.

(2)由于摩擦力的存在，所以当F1>F0，木板才产生加速度，即图线不过原点，与横轴有交点，A、B两项错误；据题意，木板受到的滑动摩擦力为F0，对木板和弹簧测力计组成的系统根据牛顿第二定律应有F1－F0＝Ma，解得a＝F1－，其中M为木板和弹簧测力计的总质量，根据函数斜率和截距的概念可知，M不变，即图像的斜率不变，C项正确，D项错误．故选C项．

(3)木板与桌面间的正压力以及动摩擦因数不变，所以加水的方法不改变滑动摩擦力的大小，A项错误；缓慢向瓶中加水，拉力连续增大，而挂钩码时拉力不是连续增大的，所以可以更方便地获取多组实验数据，比较精确地测出摩擦力的大小，B、C两项正确；采用这种方法的优点并不是获得很大的加速度，而且较大的加速度也不能提高实验精度，故D项错误．故选B、C两项．

7.(2021·新疆模拟)某实验小组设计了“验证牛顿第二定律”的实验．所用器材有：斜面、刻度尺、五块动摩擦因数为μ(已知)不同的长木板、小木盒(可视为质点)、天平、砂子．实验装置如图所示(固定的斜面末端有一小段圆弧与固定水平长木板平滑连接)．

a．验证物体质量一定时，物体的加速度与合力成正比．保证装有砂子的小木盒总质量不变，每次均将小木盒从斜

面最高处由静止释放，用刻度尺测出小木盒在不同长木板上滑行的距离x.

(1)根据测出的实验数据，作出________和μ的图像是一条过原点的直线，即可验证物体的质量一定时，物体的加速度与合力成正比；

b．验证物体所受合力一定时，物体的加速度与质量成反比．

(2)调整小木盒中砂子的质量，保证每次小木盒和砂子的总质量m与所选长木板间的动摩擦因数μ的乘积________(填“逐渐增大”“逐渐减小”或“保持不变”)，并记录小木盒和砂子的总质量m，每次均将小木盒从斜面最高处由静止释放，用刻度尺测出小盒在不同长木板上滑行的距离x；

(3)根据测出的实验数据，得出x与m成________(填“正比”或“反比”)，即可验证物体所受合力一定时，物体的加速度与质量成反比．

【答案】　(1)　(2)保持不变　(3)正比

【思维分析】 (1)小木盒滑上木板的初速度一定，根据运动学公式得v02＝2ax，如果物体的质量一定时，物体的加速度与所受合力成正比，则有μmg＝ma，代入得v02＝2μgx，据此可得，μ与x成反比，所以与μ的图像是一条过原点的直线．

(2)因要验证F合一定时，a与m的关系，所以要保持小木盒所受合力μmg不变，即μm不变．

(3)设μm＝k，那么μ＝，根据v02＝2μgx得x＝·m，所以x与m成正比．