届一轮课时练习15实验：验证牛顿第二定律_牛顿第二定律实验练习

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课时作业(十五)[第15讲 实验：验证牛顿第二定律]

基础热身

1．在“验证牛顿第二定律”的实验中，以下做法正确的是()

A．平衡摩擦力时，应将小盘用细绳通过定滑轮系在小车上

B．每次改变小车的质量时，不需要重新平衡摩擦力

C．实验时，先放开小车，再接通打点计时器的电源

D．求小车运动的加速度时，可用天平测出小盘和砝码的质量(M′和m′)以及小车质

M′＋m′量M，直接用公式a＝求出 M

2．关于验证牛顿第二定律的实验，下列说法中不符合实际的是()

A．通过同时改变小车的质量及受到的拉力的研究，能归纳出加速度、力、质量三者之间的关系

B．通过保持小车质量不变，只改变小车的拉力的研究，就可以归纳出加速度、力、质量三者之间的关系

C．通过保持小车受力不变，只改变小车质量的研究，就可以得出加速度、力、质量三者之间的关系

D．先不改变小车质量，研究加速度与力的关系；再不改变力，研究加速度与质量的关系，最后归纳出加速度、力、质量三者之间的关系

3．如图K15－1所示，在研究牛顿第二定律的演示实验中，若两个相同的小车1、2所受拉力分别为F1、F2，车中所放砝码的质量分别为m1、m2，打开夹子后经过相同的时间两车的位移分别为x1、x2，则在实验误差允许的范围内，有（）

图K15－

1A．当m1＝m2、F1＝2F2时，x1＝2x

2B．当m1＝m2、F1＝2F2时，x2＝2x

1C．当m1＝2m2、F1＝F2时，x1＝2x

2D．当m1＝2m2、F1＝F2时，x2＝2x

14．2011·福州模拟某实验小组设计了如图K15－2甲所示的实验装置，通过改变重物的质量来探究滑块运动的加速度a和所受拉力F的关系．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，如图乙所示．

甲乙

图K15－

2(1)图线①是轨道处于________(选填“水平”或“倾斜”)情况下得到的实验结果；

(2)图线①②的倾斜程度(斜率)一样，说明的问题是________(填选项前的字母)．

A．滑块和位移传感器发射部分的总质量在两种情况下是一样的B．滑块和位移传感器发射部分的总质量在两种情况下是不一样的C．滑块和位移传感器发射部分的总质量在两种情况下是否一样不能确定

技能强化

5．2011·唐山二模某实验小组设计了如图K15－3甲所示的实验装置，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的关系图象．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，如图乙所示．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＝________.(重力加速度g

取10 m/s2)

甲乙

图K15－

36．做“验证牛顿第二定律”实验时，按实验要求安装好器材后，应按一定的步骤进行实验，下列给出供选择的操作步骤：

A．保持小盘和其中砝码的质量不变，在小车里加砝码，测出加速度，重复几次 B．保持小车质量不变，改变小盘里砝码的质量，测出加速度，重复几次 C．用天平测出小车和小盘的质量

D．在长木板没有定滑轮的一端垫上厚度合适的垫木，平衡摩擦力

E．根据测出的数据，分别画出a－F和a－图象

M

F．用秒表测出小车运动的时间

G．将装有砝码的小盘用细线通过定滑轮系到小车上，接通电源，释放小车，在纸带上打出一系列的点

以上步骤中，不必要的步骤是________，正确步骤的合理顺序是________．(填写代表字母)

7．某实验小组利用如图K15－4甲所示的气垫导轨实验装置来探究合力一定时，物体的加速度与质量之间的关系．

(1)做实验时，将滑块从图甲所示位置由静止释放，由数字计时器(图中未画出)可读出遮光条通过光电门1、2的时间分别为Δt1、Δt2；用刻度尺测得两个光电门中心之间的距离x，用游标卡尺测得遮光条宽度d.则滑块经过光电门1时的速度表达式v1＝____；滑块加速度的表达式a＝______.(以上表达式均用已知字母表示)如图乙所示，若用20分度的游标卡尺测量遮光条的宽度，其读数为 ________mm.图K15－

4(2)为了保持滑块所受的合力不变，可改变滑块质量M和气垫导轨右端高度h(如图甲所示)．关于“改变滑块质量M和气垫导轨右端的高度h”的正确操作方法是________．

A．M增大时，h增大，以保持二者乘积增大 B．M增大时，h减小，以保持二者乘积不变 C．M减小时，h增大，以保持二者乘积不变 D．M减小时，h减小，以保持二者乘积减小

8．“探究加速度与物体质量、物体受力的关系”的实验装置如图甲K15－5所示．

甲

乙

图K15－

5(1)在平衡小车与桌面之间摩擦力的过程中，打出了一条纸带如图乙所示．计时器打点的时间间隔为0.02 s．从比较清晰的点起，每5个点取一个计数点，量出相邻计数点之间的距离．该小车的加速度a＝________m/s.(结果保留两位有效数字)

(2)平衡摩擦力后，将5个相同的砝码都放在小车上．挂上砝码盘，然后每次从小车上取一个砝码添加到砝码盘中，测量小车的加速度．小车的加速度a与砝码盘中砝码总重力F的实验数据如下表：

图K15－6

(3)根据提供的实验数据作出的a－F图线不通过原点，请说明主要原因．

挑战自我 9．2011·绍兴模拟某实验小组利用如图K15－7所示的实验装置来探究当合外力一定时，物体运动的加速度与其质量之间的关系．

图K15－7

(1)由图中刻度尺读出两个光电门中心之间的距离x＝24 cm，由图K15－8中游标卡尺测得遮光条的宽度d＝________cm.该实验小组在做实验时，将滑块从图示位置由静止释放，由数字计时器可以读出遮光条通过光电门1的时间Δt1和遮光条通过光电门2的时间Δt2，则滑块经过光电门1时的瞬时速度的表达式v1＝________，滑块经过光电门2时的瞬时速度的表达式v2＝________，则滑块的加速度的表达式a＝________.(以上表达式均用字母表示)

图K15－8图K15－9

(2)在本次实验中，实验小组通过改变滑块质量总共做了6组实验，得到下表所示的实验数据．通过分析表中数据后，你得出的结论是________________________________________________________________________

________________________________________________________________________.所示坐标系

课时作业

（十五）【基础热身】 1．B [解析] 平衡摩擦力时，不能给小车任何牵引力，选项A错误．由mgsinθ＝μmgcosθ，小车质量能约去，选项B正确．实验时，要先接通电源，再放开小车，选项C错误．此实验是验证牛顿第二定律，而不是应用牛顿第二定律，选项D错误．

2．ABC [解析] 实验验证牛顿第二定律是控制变量思想的应用，因此首先要分清变量、不变量，故选项ABC不符合实际．

3．A [解析] 题中m1和m2是车中砝码的质量，绝不能认为是小车的质量．本题中只说明了两小车是相同的，并没有告诉小车的质量是多少．当m1＝m2时，两车加砝码质量仍

相等，若F1＝2F2，则a1＝2a2，由xat2得x1＝2x2，选项A正确．若m1＝2m2时，无法定

量确定两车加砝码后的质量关系，两小车的加速度的定量关系也就不明确，所以无法判定两车的位移的定量关系．

4．(1)倾斜(2)A

[解析](1)由图乙可知，对于图线①，当拉力F＝0时，加速度并不为零，故轨道应处于倾斜状态；

(2)设滑块和位移传感器的总质量为M，在倾斜轨道上，由牛顿第二定律F＋Mgsinθ－f

1f

1＝Ma，得a＝F＋(gsinθ－；在水平轨道上，由牛顿第二定律F－f′＝Ma，得a＝－

MMM

f′1

；图线①②的斜率均为A正确． MM

【技能强化】 5．0.5 kg 0.211

[解析] 由牛顿第二定律可知F－μmg＝ma，整理得a＝F－μg.由图线可知斜率2，mm

纵轴截距－μg＝－2，故m＝0.5 kg，μ＝0.2.6．F CDGBAE

[解析] 此实验中不需要用秒表测量小车的运动时间．

d2－d2

dΔt2Δt17．8.15(2)BC

Δt12x

d

[解析](1)因遮光条宽度较小，滑块经过光电门1时的速度接近其平均速度，v1＝Δt1

d2－d2

v2－v1Δt2Δt1d

v2＝加速度a＝，遮光条宽度d＝8 mm＋3×0.05 mm＝8.15 mm.(2)

Δt22x2x

Mgh

设气垫导轨长度为L，导轨倾角为α，则滑块受到的合力F＝Mgsinα＝，当Mh不变时，L

滑块所受的合力不变，所以B、C操作方法正确．

8．(1)0.16(0.15也算对)(2)如图所示(3)未计入砝码盘的重力

Δx3.68－3.52×10Δx3.83－3.68×102

2[解析](1)a＝ m/s＝0.16 m/s或a＝

T0.1T0.1m/s2＝0.15 m/s2

.－2－2

(2)a－F图线如图所示．

(3)小车、砝码盘和砝码组成的系统所受合外力为砝码盘和砝码的总重力，而表中数据漏计了砝码盘的重力，导致合力F的测量值小于真实值，a－F的图线不过原点．

【挑战自我】

d2－d2

ddΔtΔt

9．(1)0.52 Δt1Δt22x

(2)当合外力一定时，物体运动的加速度跟物体的质量成反比(3)如图所示

[解析](1)由图可知：d＝5 mm＋0.1 mm×2＝5.2 mm＝0.52 cm.遮光条的宽度很小，遮光条通过光电门的时间很短，这段时间内的平均速度即为滑块通过光电门的瞬时速度，故

dd2

v1＝v2＝滑块由光电门1到光电门2做匀加速直线运动，由v22－v1＝2ax可得：a＝

Δt1Δt2d2－d2Δt2Δt1

在合外力不变的情况下，物体运动的加速度跟物体的质量成反比，即当合2x

外力一定时，在误差允许的范围内，物体质量和加速度的乘积近似相等．(3)如图所示．