力学专题实验——《实验验证牛顿第二定律》专项提升

在“探究加速度与质量的关系”的实验中。

某同学利用如图甲所示的装置探究“加速度与力、质量的关系”的实验。

（1）在该实验中，下列说法正确的是。

A．应先接通电源，再释放小车

B．滑轮与小车之间的细绳要与木板平行

C．应补偿小车运动过程中受到的阻力

D．牵引小车的钩码质量应等于小车的总质量

（2）实验过程中，该同学打出了一条纸带如图乙所示。打点计时器使用50Hz交流电源，图中O、A、B、C、D、E、F为计数点，相邻两个计数点间有四个点未画出，根据纸带可计算B点的瞬时速度大小 ， 并计算纸带所对应小车的加速度大小。（结果均保留两位有效数字）

（3）小车质量一定，研究加速度与力的关系时，该同学根据测得的数据作出图像，如图所示。发现图像既不过原点，末端又发生了弯曲，可能的原因是。（填选项前的字母）

A．补偿阻力时，木板的倾斜角度过大，且小车质量较大

B．补偿阻力时，木板的倾斜角度过小，且小车质量较大

C．补偿阻力时，木板的倾斜角度过小，且所挂钩码的质量较大

D．补偿阻力时，木板的倾斜角度过大，且所挂钩码的质量较大

利用如图所示的实验器材，不能完成的实验是（　　）

用图1所示实验装置探究外力一定时加速度与质量的关系。

某实验小组用如图（a）所示的装置探究加速度与力的关系。

（1）实验中（选填“一定要”或“不需要”）保证沙和沙桶的质量远小于小车的质量；

（2）某同学在实验中得到如图（b）所示的一条纸带（两计数点间还有四个计时点没有画出），已知打点计时器的频率为50Hz，根据纸带可求出小车的加速度大小为（结果保留三位有效数字）；

（3）补偿小车受到的阻力后，正确操作完成实验，以弹簧测力计的示数F为横坐标，加速度a为纵坐标，画出的a－F图像是一条过原点的直线，如图（c）所示，若直线斜率为k，则小车（包含定滑轮）的质量为（用k表示）。

在探究物体质量一定时加速度与力的关系实验中，小明同学做了如图甲所示的实验改进，在调节桌面水平后，添加了力传感器来测细线中的拉力。

（1）实验时，下列操作或说法正确的是。

A．需要用天平测出砂和砂桶的总质量

B.小车靠近打点计时器，先接通电源，再释放小车，打出一条纸带，同时记录拉力传感器的示数

C.选用电磁打点计时器比选用电火花计时器实验误差小

D.为减小误差，实验中一定要保证砂和砂桶的质量远小于小车的质量

（2）实验得到如图乙纸带，已知打点计时器使用的交流电源的频率为50Hz，相邻两计数点之间还有四个点未画出，由图中的数据可知，小车运动的加速度大小是m/s²。（结果保留三位有效数字）

（3）由实验得到小车的加速度a与力传感器示数F的关系如图丙所示。则图像不过原点的主要原因是 。

在“探究加速度与物体受力、物体质量的关系”实验中，某实验小组利用如图所示的实验装置，将一端带滑轮的长木板固定在水平桌面上，木块置于长木板上，并用细绳跨过定滑轮与砂桶相连，小车左端连一条纸带，通过打点计时器记录其运动情况。

在“验证牛顿运动定律”的实验中，采用如下图所示的实验装置，小车及车中砝码的总质量用M表示，所挂钩码的总质量用m表示。

（1）打点计时器所接的电源为（填“直流”或“交流”）电源。只有满足Mm时，才可近似认为细绳对小车的拉力大小等于所挂钩码的重力mg；

（2）在探究加速度与质量的关系时，应该保持不变，改变 ， 测出相应的加速度。实验画出的图线如图所示，若误差是由于系统误差引起的，则图线不过坐标原点的原因是。

（3）下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，相邻两计数点间还有4个点未画出，相邻计数点的间距分别为x₁、x₂、x₃、x₄、x₅、x₆、x₇ ， 测得点距如图所示。已知实验电源的频率为f，则根据逐差法导出计算小车加速度的表达式为a=，根据图中的点距数据及电源频率f=50Hz，则可求得小车的加速度a=m/s²（保留3位有效数字）。

某学习小组利用如图甲所示的装置“探究加速度与力、质量的关系”。

（1）下列说法正确的是

A．本实验必须让木板倾斜一定的高度，当不挂钩码时小车恰能匀速直线运动

B．本实验必须让木板倾斜一定的高度，当挂钩码时小车恰能匀速直线运动

C．本实验要求所挂钩码的质量远远小于小车的质量

D．本实验可以不平衡摩擦力，钩码的质量也可以大于小车的质量

（2）正确安装好器材后，某次测量得到纸带如图乙所示，若打点计时器的频率为 ， O点为打出的第一个点，其余各相邻两计数点之间有四个点没有画出；根据纸带测得小车的加速度大小为。（结果保留两位有效数字）以力传感器的示数F为横坐标，加速度a为纵坐标，画出的图象是一条直线，根据测量数据作出如下图所示的图线，该同学做实验时存在的问题是。

（3）另一学习小组用弹簧测力计、小车和钩码设计了如图丙所示的探究装置。正确操作得到某次实验中弹簧测力计的示数是力传感器读数的两倍时，两学习小组测得小车的加速度大小相等，则甲、丙两实验装置中，钩码的加速度（填“相等”或者“不相等”）。若甲装置中小车的质量为 ， 丙装置中小车的质量为（不计传感器和滑轮的质量），则。

某中学实验小组为探究加速度与合力的关系，设计了如图甲所示的实验装置。主要实验步骤如下：

①按图甲安装实验器材：质量为m的重物用轻绳挂在定滑轮上，重物与纸带相连，动滑轮右侧的轻绳上端与固定于天花板的力传感器相连，可以测量绳上的拉力大小，钩码和动滑轮的总质量为M，图中各段轻绳互相平行且沿竖直方向；

②接通打点计时器的电源，释放钩码，带动重物上升，在纸带上打出一系列点，记录此时传感器的读数F；

③改变钩码的质量，多次重复实验步骤②，利用纸带计算重物的加速度a，得到多组a、F数据。

请回答以下问题：

某实验小组用如图甲所示装置探究加速度与合力的关系一细绳通过定滑轮连接两个小桶A和B，A桶中放有若干个质量均为m的钩码，B桶中装有适量细沙，打点计时器固定在铁架台上，已知重力加速度为g。

（1）下列实验操作步骤，正确的顺序是

①从A桶中取一个钩码放入B桶，接通电源，释放B桶，利用纸带测出加速度a。

②给B桶一竖直向下的速度，通过不断调整B桶中细沙的质量，直到打出的纸带点迹均匀。

③根据所得数据，作出相关图像，得出结论。

④重复步骤①的操作，得到多组数据。

（2）打点计时器的打点周期为T，实验打出的一段纸带如图乙所示，5个点为连续打出的点，1、3点间距为x₁ ， 1、5点间距为x₂ ， 则桶的加速度大小为（用所给字母表示）。

（3）实验小组测得多组数据，以B桶中钩码的质量为纵坐标，A桶和B桶的加速度为横坐标，得到一条过原点斜率为k的倾斜直线若牛顿第二定律成立，则两桶及所有钩码和桶内沙子的总质量M=（用k、g表示）。

用图甲装置研究“小车（含拉力传感器）质量一定时，加速度与合外力的关系”，实验步骤如下：

①细绳一端绕在电动机上，另一端系在拉力传感器上，将小车放在长板的P位置，调整细绳与长板平行，启动电动机，使小车沿长板向下做匀速运动，记录此时拉力传感器的示数；

②撤去细绳，让小车从P位置由静止开始下滑，设小车受到的合外力为F，通过计算机可得到小车与位移传感器的距离随时间变化的图像，并求出小车的加速度a；

③改变长板的倾角，重复步骤①②可得多组F、a数据：

完成下列相关实验内容：

（1）在步骤①②中，F（选填“=”“>”或“<”）；

（2）本实验（选填“需要”“不需要”）平衡小车所受到的摩擦力；

（3）某段时间内小车的图像如图乙，根据图像可得小车的加速度大小为（计算结果保留两位小数）；

（4）分析表中的F、a数据可知：在误差允许范围内，小车质量一定时，。

	0.4	1.0	1.5	1.8	2.1
	0.79	2.10	3.10	3.62	4.19

在“探究加速度与力的关系”实验时，张老师对传统实验进行了改进，其实验操作如下：

①如图甲所示，先将沙和沙桶通过滑轮悬挂于小车一端，调节平板的倾角 ， 使小车沿斜面向下做匀速直线运动，测出沙和沙桶的总质量m。

②保持平板倾角不变，去掉沙和沙桶，小车即在平板上沿斜面向下做匀加速直线运动，通过纸带测量其加速度a。

③保持小车质量M不变，多次改变沙和沙桶的总质量m，每次重复①②两步操作，得到小车加速度与合力的关系。

（1）关于上述实验操作过程，下列说法中正确的有

A．可用干电池给打点计时器供电

B．应让小车从靠近定滑轮处开始运动

C．该实验中细绳与平板可以不平行

D．应在小车开始运动前接通打点计时器的电源

（2）若在操作①中打下如图乙所示的纸带，已知纸带左端为连接小车处，则应将平板的倾角适当（填“增大”或“减小”）些。

（3）在操作③中，得到的小车加速度与合力的关系式是（用题中所给定的字母以及重力加速度g表示）

（4）在该实验中，沙和沙桶的质量（填“需要”或“不需要”）远小于小车的总质量。

小华同学利用图甲装置来验证牛顿第二定律。已知斜面高为h，两侧斜面长度均为L，斜面上固定两光电门，它们距斜面顶端的距离均为。两相同的凹槽A和B用不可伸长的轻绳连接跨过定滑轮放在两侧斜面，A、B上安装有宽度均为d的挡光片，两挡光片到斜面顶端距离之和也为L，若两斜面与凹槽间的动摩擦因数相同。

（1）两个凹槽内均放有10个质量为m的砝码，从B中拿出个砝码放入A中，从图甲所示位置开始轻推A，发现AB上的两挡光片通过两光电门的时间刚好相等。

（2）A、B恢复原状后，从B中总共拿出个砝码放入A中，轻推A，测出两挡光片通过两光电门的时间分别为和。则可得到两凹槽的加速度（用题中已知量表示）

（3）重复上一步骤，从B中总共拿出个砝码放入a中，轻推A，测出两挡光片通过两光电门的时间，算出两凹糟的加速度a。

（4）用图像法验证牛顿第二定律，纵坐标为a，要做出下图中的图线，横坐标应为

A.n                                 B.                            C.                            D.

（5）选用正确的横坐标后，测出该图线斜率为k，已知重力加速度为g，则可算出凹槽A（含挡光片）的质量（用题中所给已知量表示）

某实验小组采用如图（a）所示的实验装置在水平桌面上探究“小车的加速度与力和质量之间的关系”。试回答下列问题：

（1）利用装置（a）在满足实验条件时得到一条纸带如图（b）所示，实验所用电源的频率为50Hz，A、B、C、D、E为每5个连续的计数点，相邻计数点间有4个计时点未画出，根据纸带可求得小车的加速度大小为m/s²（结果保留2位有效数字）。

   

（2）研究小车质量一定的情况下其加速度a与砝码和砝码盘重力F的关系，得到的a-F图线应该是图（c）中的（填“甲”“乙”“丙”或“丁”的其中一项）。

（3）已知小车的质量为M，砝码及砝码盘的质量为m，。实验时，在m一定的情况下，某同学测量得到与小车加速度a的图像如图（d）。设图中直线在纵轴上的截距为b，在横轴上的截距为-c，重力加速度为g，则摩擦阻力与小车重力的比值为，砝码及砝码盘的质量为m=。

某兴趣小组 “探究小车加速度与合外力的关系”的实验装置如下图。A为小车（质量为M），B为打点计时器，C为装有沙的沙桶（沙和沙桶的总质量为m），D为一端带有定滑轮的长木板，电源频率为50Hz。

某同学采用如图甲所示的装置验证规律：物体的质量一定时，其加速度与所受外力成正比。实验过程如下：

a.按图甲把实验器材安装好，不挂槽码，反复移动垫木（图中未画出），直到小车做匀速直线运动。

b.把细线系在小车上并绕过定滑轮悬挂槽码，接通电源，放开小车，打点计时器在被小车带动的纸带上打下一系列点，取下纸带，在纸带上写上编号。

c.保持小车质量M不变多次增加槽码，再重复步骤b。

d.算出每条纸带对应的加速度值。

e.用纵坐标表示加速度 ， 横坐标表示槽码的重力（视为拉力），做出图像。

根据上述实验，完成下述问题：