力学专题实验——《实验验证牛顿第二定律》专项提升
试卷更新日期：2024-09-19 类型：一轮复习
一、典型例题 方法赏析
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1. 利用如图所示的实验器材，不能完成的实验是（ ）
A、验证牛顿第二定律 B、研究自由落体运动规律 C、验证机械能守恒定律 D、测量重力加速度的大小2. 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。
(1)、以下操作正确的是______（单选，填正确答案标号）。A、使小车质量远小于槽码质量 B、调整垫块位置以补偿阻力 C、补偿阻力时移去打点计时器和纸带 D、释放小车后立即打开打点计时器(2)、保持槽码质量不变，改变小车上砝码的质量，得到一系列打点纸带。其中一条纸带的计数点如图2所示，相邻两点之间的距离分别为 ， 时间间隔均为T。下列加速度算式中，最优的是______（单选，填正确答案标号）。
A、 B、 C、 D、(3)、以小车和砝码的总质量M为横坐标，加速度的倒数为纵坐标，甲、乙两组同学分别得到的图像如图3所示。
由图可知，在所受外力一定的条件下，a与M成（填“正比”或“反比”）；甲组所用的（填“小车”、“砝码”或“槽码”）质量比乙组的更大。
二、夯实基础 提升能力
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3. 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。
(1)、在本实验中，保持力不变，探究加速度与质量的关系，这种研究方法叫做___________。A、控制变量法 B、等效替代法 C、理想化方法(2)、下列做法正确的是________（多选）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、在探究加速度与力的关系时，作a--F图象应该用折线将所描的点依次连接 C、实验时，先放开木块再接通打点计时器的电源 D、通过增减小车上的砝码改变质量时，不需要重新调节木板倾斜度(3)、下图是实验时平衡阻力的情形，其中正确的是________（选填字母）A、
B、
C、.
(4)、某学生在平衡摩擦力时，把长木板的一端垫得过高，使得倾角偏大。他所得到的a–F关系可用图中的________表示（图中a是小车的加速度，F是细线作用于小车的拉力）。A、
B、
C、
D、
(5)、如图是打出纸带的一段，相邻计数点间还有四个点未画出，已知打点计时器使用的交流电频率50 Hz。由图可知，打纸带上B点时小车的瞬时速度vB=m/s，木块的加速度a=m/s2。（结果保留两位有效数字）
4. 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）。
三、思维提升 创新应用
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5. 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。
6. 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：
(1)、已知打点计时器的打点周期为0.02 s，某次实验所得纸带如图乙所示，A、B、C、D、E各点之间各有4个点未标出，则重物的加速度大小为（结果保留三位有效数字）。(2)、实验得到重物的加速度大小a与力传感器示数F的关系如图丙所示，图像的斜率为k、纵截距为－b（b＞0），则重物质量m＝ ， 当M＝3m时，重物的加速度大小为a＝。（本问结果均用k、b表示）四、直击高考 达成素养
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7. 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。
(1)、下列实验操作中，正确的是____；A、调节滑轮的高度，使牵引小车的细绳与长木板保持平行 B、每次实验，都要先放开小车，再接通打点计时器 C、平衡摩擦力时，应将沙桶用细绳通过定滑轮系在小车上 D、平衡摩擦力时，应将小车后面的纸带连接好 E、改变小车的质量时，需要重新平衡摩擦力(2)、为使细绳对小车的拉力F近似等于沙和沙桶的总重力，需满足的条件是 ；(3)、下图为实验中打出的一条纸带的一部分，从比较清晰的点迹起，在纸带上标出了连续的5个计数点A、B、C、D、E，相邻2个计数点之间有4个点没有标出，测出各计数点到A点之间的距离。则此次实验中小车运动的加速度大小。（结果保留两位有效数字）
(4)、陈同学根据测量数据作出的a-F图线如图（a）所示，他实验中可能存在的问题是；李同学根据测量数据作出的a-F图线如图（b）所示，图像末端发生弯曲的原因是；（ａ）
（ｂ） 
(5)、胡同学改进实验方案，采用下图的实验装置探究“小车加速度与合外力的关系”时，是否需要平衡摩擦力？（选填“需要”或“不需要”）。
8. 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：
(1)、在步骤d中，该同学采用图像求加速度。如图乙为实验中打出的一条纸带的一部分，纸带上标出了连续的五个计数点，依次为 ， 相邻计数点之间还有四个点未画出。打点计时器接在频率为50Hz的交流电源上。打点计时器打点时，小车的速度为m/s；（保留3位有效数字）
(2)、点的速度都标在了坐标系中，如图丙所示做出小车运动的图像，利用图像求出小车此次运动的加速度：（保留2位有效数字）
(3)、最终该同学所得小车运动的图像如图所示，从图中我们可以看出图像是一条经过原点的直线。根据图像可以确定下列说法中错误的是____
A、本实验中小车质量一定时，其加速度与小车受力成正比 B、当槽码足够大时小车的加速度可能大于重力加速度 C、可以确定小车的质量是0.5kg(4)、另一同学按照相同的步骤做了上述实验，画出的图像如图所示，你认为造成该图线不过原点的原因是____A、平衡摩擦力不足 B、平衡摩擦力过度 C、不满足槽码质量远小于小车质量 D、操作错误(5)、认为砝码和盘所受的总重力等于使小车做匀加速直线运动的合力。实验中平衡了摩擦力后，要求砝码和盘的总质量比小车质量小得多。请分析说明这个要求的理由。