牛顿运动定律第二关——实验|163

第二关实验——验证牛顿第二定律

例1、实验小组的同学在“验证牛顿第二定律”实验中，使用了如图12所示的实验装置。

（1）在下列测量工具中，本次实验需要用的测量仪器有。（选填测量仪器前的字母）

A．游标卡尺

B．刻度尺

C．秒表

D．天平

（2）实验中，为了可以将细线对小车的拉力看成是小车所受的合外力，某同学先调节长木板一端滑轮的高度，使细线与长木板平行。接下来还需要进行的一项必须且正确的操作是_______。（选填选项前的字母）

A．将长木板水平放置，让小车连着已经穿过打点计时器的纸带，给打点计时器通电，调节砂和砂桶的总质量的大小，使小车在砂和砂桶的牵引下运动，从打出的纸带判断小车是否做匀速运动

B．将长木板的右端垫起适当的高度，让小车连着已经穿过打点计时器的纸带，撤去砂和砂桶，给打点计时器通电，轻推一下小车，从打出的纸带判断小车是否做匀速运动

C．将长木板的右端垫起适当的高度，撤去纸带以及砂和砂桶，轻推一下小车，观察判断小车是否做匀速运动

（3）某同学在做保持小车质量不变，验证小车的加速度与其合外力成正比的实验时，根据测得的数据作出如图13所示的a－F图线，所得的图线既不过原点，又不是直线，原因可能是_______。（选填选项前的字母）

A．木板右端所垫物体较低，使得木板的倾角偏小

B．木板右端所垫物体较高，使得木板的倾角偏大

C．小车质量远大于砂和砂桶的质量

D．砂和砂桶的质量不满足远小于小车质量

例2、某实验小组利用图示的装置探究加速度与力、质量的关系。

（1）下列做法正确的是（）（填字母代号）

A、调节滑轮的高度，使牵引木块的细绳与长木板保持平行

B、在调节木板倾斜度平衡木块受到的滑动摩擦力时，将装有砝码的砝码桶通过定滑轮拴木块上

C、实验时，先放开木块再接通打点计时器的电源

D、通过增减木块上的砝码改变质量时，不需要重新调节木板倾斜度

（2）为使砝码桶及桶内砝码的总重力在数值上近似等于木块运动时受到的拉力，应满足的条件是砝码桶及桶内砝码的总质量木块和木块上硅码的总质量（填远大于，远小于，或近似于）

（3）甲、乙两同学在同一实验室，各取一套图示的装置放在水平桌面上，木块上均不放砝码，在没有平衡摩擦力的情况下，研究加速度a与拉力F的关系，分别得到图中甲、乙两条直线。设甲、乙木块质量分别为m甲、m乙，甲、乙木块与木板间的动摩擦因数分别为μ甲、μ乙，由图可知：m甲 m乙，μ甲 μ乙。（填“大于”、“小于”或“等于”)

例3、关于“验证牛顿第二定律”实验中验证“作用力一定时，加速度与质量成反比”的实验过程，以下做法中正确的是( )

A、平衡摩擦力时，应将装沙的小桶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，再接通电源

D、可以利用天平测出沙桶和沙质量m和小车质量M，直接用公式a＝求出加速度

例4、图1所示为某同学研究“在外力一定的条件下，物体的加速度与其质量间的关系”的实验装置示意图。

（1）下面列出了一些实验器材：

电磁打点计时器、纸带、带滑轮的长木板、垫块、小车和砝码、砂和砂桶、刻度尺。

除以上器材外，还需要的实验器材有：__________。

A．秒表 B．天平（附砝码） C．低压交流电源 D．低压直流电源

（2）实验中，需要补偿打点计时器对小车的阻力及其它阻力：小车放在木板上，后面固定一条纸带，纸带穿过打点计时器。把木板一端垫高，调节木板的倾斜度，使小车在不受绳的拉力时能拖动纸带沿木板做__________运动。

（3）实验中，为了保证砂和砂桶所受的重力近似等于使小车做匀加速运动的拉力，砂和砂桶的总质量m与小车和车上砝码的总质量M之间应满足的条件是__________。这样，在改变小车上砝码的质量时，只要砂和砂桶质量不变，就可以认为小车所受拉力几乎不变。

（4）如图2所示， 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间的距离为x1，B、C间的距离为x2，则小车的加速度a=__________。已知T=0.10s，x1=5.90cm，x2=6.46cm，则a=__________m/s2（结果保留2位有效数字）。

例5、物理小组在一次探究活动中测量滑块与木板之间的动摩擦因数。实验装置如图。一表面粗糙的木板固定在水平桌面上，一端装有定滑轮；木板上有一滑块，其一端与电磁打点计时器的纸带相连，另一端通过跨过定滑轮的细线与托盘连接。打点计时器使用的交流电源的频率为50Hz，开始实验时，在托盘中放入适量砝码，滑块开始做匀加速运动，在纸带上打出一系列小点。

（1）上图给出的是实验中获取的一条纸带的一部分，0、1、2、3、4、5、6、7是计数点，每相邻两计数点间还有4个打点（图中未标出），计数点间的距离如图所示。根据图中数据计算的加速度a=_________（保留三位有效数字）。

（2）回答下列两个问题：

①为测量动摩擦因数，下列物理量中还应测量的有_______。（填入所选物理量前面的字母）

A、木板的长度l B、木板的质量m1

C、滑块的质量m2 D、托盘和砝码的总质量m3

E、滑块运动的时间t

②测量①中所选定的物理量时需要的实验器材是____________________________。

（3）滑块与木板间的动摩擦因数μ=________（用被测物理量的字母表示，重力加速度为g）。与真实值相比，测量的动摩擦因数________（填“偏大”或“偏小”）。写出支持你的看法的一个论据：___________________________________________________________________。

例6、用DIS(位移传感器、数据采集器、计算机)研究加速度与力的关系

(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

例7、某物理课外小组利用图中的装置探究物体加速度与其所受合外力之间的关系。途中，置于试验台上的长木板水平放置，其右端固定一轻滑轮：轻绳跨过滑轮，一端与放在木板上的小滑车相连，另一端可悬挂钩码。本实验中可用的钩码共有N=5个，每个质量均为0.010kg。实验步骤如下：

（1）将5个钩码全部放入小车中，在长木板左下方垫上适当厚度的小物快，使小车（和钩码）可以在木板上匀速下滑。

（2）将n（依次取n=1,2,3,4,5）个钩码挂在轻绳右端，其余N-n各钩码仍留在小车内；用手按住小车并使轻绳与木板平行。释放小车，同时用传感器记录小车在时刻t相对于其起始位置的位移s，绘制s-t图像，经数据处理后可得到相应的加速度a。

（3）对应于不同的n的a值见下表。n=2时的s-t图像如图(b)所示：由图（b）求出此时小车的加速度（保留2位有效数字），将结果填入下表。

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