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1、专题04 验证牛顿运动定律1（2017天津六校联考）如图1所示，为“探究加速度与力、质量的关系”实验装置及数字化信息系统获得了小车加速度a与钩码的质量及小车和砝码的质量对应关系图钩码的质量为m1，小车和砝码的质量为m2，重力加速度为g（1）下列说法正确的是 A每次在小车上加减砝码时，应重新平衡摩擦力B实验时若用打点计时器应先释放小车后接通电源C本实验m2应远小于m1D在用图象探究加速度与质量关系时，应作a图象（2）实验时，某同学由于疏忽，遗漏了平衡摩擦力这一步骤，测得F=m1g，作出aF图象，他可能作出图2中 （选填“甲”、“乙”、“丙”）图线此图线的AB段明显偏离直线，造成此误差的主要原因是
2、 A小车与轨道之间存在摩擦B导轨保持了水平状态C钩码的总质量太大D所用小车的质量太大（3）实验中打出的纸带如图4所示相邻计数点间的时间是0.1s，由此可以算出小车运动的加速度是 m/s2（4）若不断增加钩码的个数，aF图象中各点连成的曲线将不断延伸，那么加速度的趋向值为（5）实验时，某同学遗漏了平衡摩擦力这一步骤，若轨道水平，他测量得到的a图象，如图3设图中直线的斜率为k，在纵轴上的截距为b，则小车与木板间的动摩擦因数=，钩码的质量m1=（1）平衡摩擦力，假设木板倾角为，则有：f=mgsin=mgcos，m约掉了，每次在小车上加减砝码时，故不需要重新平衡摩擦力故A错误实验时应先接通电源后释放小
3、车，故B错误对小车和砝码整体，由牛顿运动定律，F=m2a，对钩码，m1g-F=m1a，联立解得：让小车的质量m1远远大于小盘和重物的质量m2，因为：实际上绳子的拉力F=m2a=，故应该是m1m2，故C错误；F=ma，所以：a=F/m，所以在用图象探究小车的加速度与质量的关系时，通常作a图象，故D正确；（2）遗漏了平衡摩擦力这一步骤，就会出现当有拉力时，物体不动的情况，说明没有平衡摩擦力或平衡不够故可能作出图2中丙此图线的AB段明显偏离直线，造成此误差的主要原因是砝码盘和砝码的总质量太大，没有远小于小车和砝码的质量，（3）根据匀变速直线的推论：s4s1=3aT2，a=0.46m/s2（4）若不断
4、增加钩码的个数，aF图象中各点连成的曲线将不断延伸，由于际上绳子的拉力F=m2a=，那么加速度，当m1远大于m2时：a=g。（5）实验时，某同学遗漏了平衡摩擦力这一步骤，根据牛顿第二定律得：Fm2g=m2am1gF=m1a=+g/F设图中直线的斜率为k，在纵轴上的截距为b，所以k=1/F，g/F =b，解得：=，钩码的质量m1=【参考答案】：（1）D；（2）丙，C； （3）0.46；（4）g；（5）， 2(2016江西名校学术联盟调研)(6分)在“探究加速度与力、质量的关系的实验”时，采用了如图甲所示的实验方案。操作如下：(1)平衡摩擦力时，若所有的操作均正确，打出的纸带如图乙所示，应_(填“
5、减小”或“增大”)木板的倾角，反复调节，起到纸带上打出的点迹_为止。(2)已知小车质量为M，盘和砝码的总质量为m，要使细线的拉力近似等于盘和砝码和总重力，应该满足的条件是m_M(填“远小于”、“远大于”或“等于”)。(3)图丙为小车质量一定时，根据实验数据描绘的小车加速度a与盘和砝码的总质量m之间的实验关系图象。若牛顿第二定律成立，则小车的质量M_kg。 (3)根据mg(Mm)a变式为由题意知k，b，所以M。由图象可知k0.008，b0.1，所以M0.08 kg。【参考答案】(1)增大 间距相等 (2)远小于 (3)0.083如图甲所示为验证牛顿第二定律的实验装置示意图。(1)平衡小车所受阻力
6、的操作：取下_，把木板不带滑轮的一端垫高；接通电火花计时器电源，轻推小车，让小车拖着纸带运动。如果打出的纸带如图乙所示，则应_(选填“减小”或“增大”)木板的倾角，反复调节，直到纸带上打出的点迹_为止。(2)如图丙所示为研究“在外力一定的条件下，物体的加速度与其质量的关系”时所得的实验图象，横坐标m为小车上砝码的质量。设图中直线的斜率为k，在纵轴上的截距为b，若牛顿第二定律成立，则小车受到的拉力为_，小车的质量为_。【参考答案】：(1)砝码减小间隔相等(均匀)(2)4(2016芜湖模拟)在验证牛顿第二定律的实验中，某学习小组使用的实验装置如图甲所示：(1)由于没有打点计时器，该小组让小车由静止
7、开始运动，发生位移x，记录时间t，则小车的加速度的表达式为a_。(2)指出该实验中的一个明显疏漏：_。(3)纠正了疏漏之处后，保持小车的质量M不变，改变砂桶与砂的总重力F，多次实验，根据得到的数据，在a F图象中描点(如图乙所示)。结果发现右侧若干个点明显偏离直线，造成此误差的主要原因是_。A轨道倾斜不够B轨道倾斜过度C砂桶与砂的总重力太大D所用小车的质量太大(4)若不断增加砂桶中砂的质量，a F图象中各点连成的曲线将不断延伸，那么加速度的趋向值为_，绳子拉力的趋向值为_。【参考答案】(1)(2)没有平衡摩擦力 (3)C(4)gMg5(2016荆州模拟)某组同学设计了“探究加速度a与物体所受合
8、力F及质量m的关系”实验。如图甲为实验装置简图，A为小车，B为电火花计时器，C为装有细砂的小桶，D为一端带有定滑轮的长方形木板，实验中认为细绳对小车拉力F等于细砂和小桶的总重量，小车运动的加速度a可用纸带上打出的点求得。(1)如图乙为某次实验得到的纸带，已知实验所用电源的频率为50 Hz。根据纸带可求出电火花计时器打B点时的速度为_ m/s，小车的加速度大小为_ m/s2。(结果均保留两位有效数字)(2)在“探究加速度a与质量m的关系”时，某同学按照自己的方案将实验数据都在坐标系中进行了标注，但尚未完成图象(如图丙所示)。请继续帮助该同学作出坐标系中的图象。丙丁(3)在“探究加速度a与合力F的
9、关系”时，该同学根据实验数据作出了加速度a与合力F的图线如图丁所示，该图线不通过坐标原点，试分析图线不通过坐标原点的原因。【名师解析】：(1)AC这段位移的平均速度等于AC这段时间中间时刻的瞬时速度，即B点的瞬时速度，故vB m/s1.6 m/s。由逐差法求解小车的加速度，a m/s23.2 m/s2。【参考答案】：(1)1.63.2(2)见解析图 (3)实验前没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不够 6用如图甲所示的实验装置验证牛顿第二定律：(1)某同学通过实验得到如图乙所示的a F图象，造成这一结果的原因是：在平衡摩擦力时木板与水平桌面间的倾角_(填“偏大”或“偏小”)。(2)该同学在平衡摩擦力后进
10、行实验，实际小车在运动过程中所受的拉力_砝码和盘的总重力(填“大于”、“小于”或“等于”)，为了便于探究、减小误差，应使小车质量M与砝码和盘的总质量m满足_的条件。(3)某同学得到如图丙所示的纸带。已知打点计时器电源频率为50 Hz。A、B、C、D、E、F、G是纸带上7个连续的点。ssDGsAD_ cm。由此可算出小车的加速度a_ m/s2(保留两位有效数字)。【名师解析】：(1)根据所给的F a图象可知，当F0时，小车已经有了加速度a0，所以肯定是在平衡摩擦力时木板与水平桌面间的倾角偏大造成的。【参考答案】：(1)偏大(2)小于Mm (3)1.805.07(2016深圳调研)某同学做“探究加
11、速度与力的关系”的实验，实验的探究对象是铝块(质量小于砂桶的)，在静止释放轻绳前，装置如图甲所示。(1)该同学在实验操作中有两处明显错误，分别是_和_。 (2)纠错后开始实验：保持铝块的质量m不变，通过在砂桶中添加砂来改变对铝块的拉力；每次释放轻绳，由力传感器可测得拉力的大小F，由纸带上打出的点可算出对应加速度的大小a；已知重力加速度为g。该同学根据多组实验数据画出如图乙所示的一条过坐标原点的直线，他标注纵轴为加速度a，但忘记标注横轴，你认为横轴代表的物理量是_(用所给的字母表示)。(3)若把力传感器装在右侧轻绳上则实验的误差会更_(填“大”或“小”)。(4)本装置还可利用来做_的实验。(只填
12、一个)【名师解析】：(1)该同学在实验操作中有两处明显错误，分别是打点计时器错接在直流电源上和要进行打点的纸带留得太短。(2)铝块受重力mg和拉力F，所以铝块的合力F合Fmgma，所以横轴代表的物理量是Fmg。(3)由于滑轮的摩擦，若把力传感器装在右侧轻绳上，则实验的误差会更大。(4)本装置还可利用来做探究加速度与质量的关系(或验证机械能守恒定律，或探究动能定理)。【名师答案】：(1)打点计时器错接在直流电源上要进行打点的纸带留得太短(2)Fmg(3)大(4)探究加速度与质量的关系8(2016吉林质检)“用DIS研究加速度与力的关系”的实验装置如图甲所示，实验中用所挂钩码的重量作为细线对小车的
13、拉力F。通过增加钩码的数量，多次测量，可得小车运动的加速度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。(1)图线_(选填“”或“”) 是在轨道右侧抬高成为斜面情况下得到的；(2)在轨道水平时，小车运动的阻力Ff_ N；(3)图乙中，拉力F较大时，a F图线明显弯曲，产生误差。为避免此误差可采取的措施是_。A调整轨道的倾角，在未挂钩码时使小车能在轨道上匀速运动B在增加钩码数量的同时在小车上增加砝码，使钩码的总质量始终远小于小车的总质量C将无线力传感器捆绑在小车上，再将细线连在力传感器上，用力传感器读数代替钩码的重力D更换实验中使用的钩
14、码规格，采用质量较小的钩码进行上述实验【参考答案】：(1)(2)0.5(3)C9(2016湖北仙桃高三入学考试)(8分)在探究“加速度与力的关系”实验中，某同学设计了一种新的方法：他按如图甲所示安装好实验装置，在不悬挂小吊盘时，调整木板右端的高度，用手轻拨小车，使小车能牵引纸带沿长木板向左做匀速运动。然后将一定数量的砝码(其总质量为m)放入小吊盘中(小吊盘质量不计)，接通电源，释放小车，打出一条理想纸带，并在纸带上标出小吊盘中砝码所受的重力F。以后每次实验将小吊盘中部分砝码移到小车中，保持砝码和小车的总质量一定，重复实验多次，并计算出每条纸带对应的加速度。回答下列问题：甲乙(1)该同学以每次实
15、验中小吊盘中砝码所受的重力F为横坐标，小车对应的加速度大小a为纵坐标， 在坐标纸上作aF关系图线。图乙图线中，你认为最合理的是_。(2)按上述方案做实验，是否要求小吊盘中砝码的总质量远小于小车的质量_。(填“是”或“否”)(3)若该同学所作出aF关系图线，直线部分斜率为k，则小车质量M_。【参考答案】.(1)D(2)否(3)m10图甲为验证牛顿第二定律的实验装置示意图。图中打点计时器的电源为50 Hz的交流电源，打点的时间间隔用t表示。在小车质量未知的情况下，某同学设计了一种方法用来探究“在外力一定的条件下，物体的加速度与其质量间的关系”。(1)完成下列实验步骤中的填空：平衡小车所受的阻力：小
16、吊盘中不放物块，调整木板右端的高度，用手轻拨小车，直到打点计时器打出一系列_的点。按住小车，在小吊盘中放入适当质量的物块，在小车中放入砝码。打开打点计时器电源，释放小车，获得带有点列的纸带，在纸带上标出小车中砝码的质量m。按住小车，改变小车中砝码的质量，重复步骤。在每条纸带上清晰的部分，每5个间隔标注一个计数点。测量相邻计数点的间距s1、s2、。求出与不同m相对应的加速度a。以砝码的质量m为横坐标， 为纵坐标，在坐标纸上作出 m关系图线。若加速度与小车和砝码的总质量成反比，则 与m应成_关系(填“线性”或“非线性”)。(2)完成下列填空：本实验中，为了保证在改变小车中砝码的质量时，小车所受的拉
17、力近似不变，小吊盘和盘中物块的质量之和应满足的条件是_。设纸带上三个相邻计数点的间距为s1、s2和s3。a可用s1、s3和t表示为 a_。图乙为用米尺测量某一纸带上的s1、s3的情况，由图可读出s1_mm，s3_ mm，由此求得加速度的大小a_ m/s2。图丙为所得实验图线的示意图。设图中直线的斜率为k，在纵轴上的截距为b，若牛顿定律成立，则小车受到的拉力为_，小车的质量为_。【名师解析】：(1)平衡好小车所受的阻力，小车做匀速运动，打点计时器打出的点间隔基本相等。根据牛顿第二定律可知，F(Mm)a， 与m为一次函数关系，是线性关系。【参考答案】：(1)等间距线性(2)远小于小车和砝码的总质量24.2(23.924.5之间均正确)47.3(47.047.6之间均正确)1.16(1.131.19之间均正确)