课练 10实验 验证牛顿第二定律届高中物理新高考一轮考评特训检测.docx

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课练10实验验证牛顿第二定律届高中物理新高考一轮考评特训检测

课练10　实验　验证牛顿第二定律

[狂刷小题　夯基础]

练基础小题

1．用如图甲所示的装置探究物体的加速度与力、质量的关系，图中小车的质量用M表示，钩码的质量用m表示．要顺利完成该实验，在操作中：

（1）平衡摩擦力的目的是________________________________________________________________________．

（2）使M远大于m的目的是________________________________________________________________________．

（3）某次实验打出的一条纸带，如图乙所示，A、B、C、D、E为相邻的5个计数点，相邻计数点间还有四个点未标出，所用交流电频率为50赫兹．利用给出的数据可求出小车的加速度a＝________m/s2.（结果保留两位有效数字）

2．用图甲所示装置探究物体的加速度与力的关系，实验时保持小车（含车中重物）的质量M不变，将细线下端悬挂钩码的总重力作为小车受到的合力F，用打点计时器打出的纸带计算出小车运动的加速度a.

（1）关于实验操作，下列说法正确的是________．

A．实验前应调节滑轮高度，使滑轮和小车间的细线与木板平行

B．平衡摩擦力时，在细线下端悬挂钩码，使小车在细线的拉力作用下能匀速下滑

C．每次改变小车所受的拉力后都要重新平衡摩擦力

D．实验时应先释放小车，后接通打点计时器电源

（2）图乙为实验中打出纸带的一部分，从比较清晰的点迹起，在纸带上标出连续的5个计数点A、B、C、D、E，相邻两个计数点之间都有4个点迹未标出，测出各计数点到A点的距离．已知所用电源的频率为50Hz，打B点时小车的速度vB＝________m/s，小车的加速度a＝________m/s2.（结果均保留两位有效数字）

（3）改变细线下端钩码的个数，得到aF图象如图丙所示，造成图线上端弯曲的原因可能是________．

3.

为了探究质量一定时加速度与力的关系．一同学设计了如图甲所示的实验装置，其中M为小车的质量，m为钩码的质量．

（1）为了保证力传感器的读数为小车所受的合外力，关于实验操作需要进行的是________．

A．在未挂钩码时，将木板的右端垫高以平衡摩擦力

B．在悬挂钩码后，将木板的右端垫高以平衡摩擦力

C．调节木板左端定滑轮的高度，使牵引小车的细绳与木板平面平行

D．所挂钩码的质量尽量小一些

（2）如图乙为某次实验得到的一段纸带，计数点A、B、C、D、E间相邻两点的时间间隔为0.1s．由图中可读出A、E两点间的距离为______cm.根据纸带可求出小车的加速度大小为______m/s2（计算结果保留两位有效数字）．

（3）假如在实验中，木板保持水平，小车的质量M不变，改变钩码的质量m，重复进行多次实验．记下每次力传感器的示数F，计算出每次实验中小车的加速度a，将得到的a、F数据绘制成aF图象，以下图象可能的是________．

练高考小题

4．[2019·全国卷Ⅰ]某小组利用打点计时器对物块沿倾斜的长木板加速下滑时的运动进行探究．物块拖动纸带下滑，打出的纸带一部分如图所示．已知打点计时器所用交流电的频率为50Hz，纸带上标出的每两个相邻点之间还有4个打出的点未画出．在A、B、C、D、E五个点中，打点计时器最先打出的是________点．在打出C点时物块的速度大小为________m/s（保留3位有效数字）；物块下滑的加速度大小为_________m/s2（保留2位有效数字）．

5.

[2019·全国卷Ⅱ]如图（a），某同学设计了测量铁块与木板间动摩擦因数的实验．所用器材有：

铁架台、长木板、铁块、米尺、电磁打点计时器、频率50Hz的交流电源，纸带等．回答下列问题：

（1）铁块与木板间动摩擦因数μ＝________（用木板与水平面的夹角θ、重力加速度g和铁块下滑的加速度a表示）

（2）某次实验时，调整木板与水平面的夹角使θ＝30°.接通电源．开启打点计时器，释放铁块，铁块从静止开始沿木板滑下．多次重复后选择点迹清晰的一条纸带，如图（b）所示．图中的点为计数点（每两个相邻的计数点间还有4个点未画出）．重力加速度为9.80m/s2.可以计算出铁块与木板间的动摩擦因数为_____________（结果保留2位小数）．

6．[2016·全国卷]

图（a）

某物理课外小组利用图（a）中的装置探究物体加速度与其所受合外力之间的关系．图中，置于实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块，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个钩码仍留在小车内；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x，绘制xt图象，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xt图象如图（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．

n

1

2

3

4

5

a/（m·s－2）

0.20

0.58

0.78

1.00

图（b）

（4）利用表中的数据在图（c）中补齐数据点，并作出an图象．从图象可以看出：

当物体质量一定时，物体的加速度与其所受的合外力成正比．

图（c）

（5）利用an图象求得小车（空载）的质量为______kg（保留2位有效数字，重力加速度取g＝9.8m·s－2）．

（6）若以“保持木板水平”来代替步骤

（1），下列说法正确的是________（填入正确选项前的标号）

A．a－n图线不再是直线

B．a－n图线仍是直线，但该直线不过原点

C．a－n图线仍是直线，但该直线的斜率变大

练模拟小题

7．[2020·陕西省西安市长安一中模拟]如图所示是某同学探究加速度与力的关系的实验装置．他在气垫导轨上安装了一个光电门B，滑块上固定一遮光条，滑块用细线绕过气垫导轨左端的定滑轮与力传感器相连，传感器下方悬挂钩码，每次滑块都从A处由静止释放．已知遮光条的宽度d＝2.25mm.

（1）下列不必要的一项实验要求是________．（请填写选项前对应的字母）

A．应使A位置与光电门间的距离适当大些

B．应将气垫导轨调节水平

C．应使细线与气垫导轨平行

D．应使滑块质量远大于钩码和力传感器的总质量

（2）实验时，将滑块从A位置由静止释放，由数字计时器读出遮光条通过光电门B的时间t，若要得到滑块的加速度，还需要测量的物理量是__________________________．（写出物理量名称及表示符号）

（3）改变钩码质量，测出对应的力传感器的示数F和遮光条通过光电门的时间t，通过描点作出线性图象，研究滑块的加速度与力的关系，处理数据时应作出______图象．

8．[2020·重庆市重庆一中考试]某实验小组设计如图甲所示实验装置“探究加速度与力的关系”．已知小车的质量M，砝码盘的质量m0，打点计时器使用的交流电频率f＝50Hz.

（1）探究方案的实验步骤

A．按图甲安装好实验装置；

B．调节长木板的倾角，轻推小车后，使小车能沿长木板向下做匀速运动；

C．取下细绳和砝码盘，记录砝码盘中砝码的质量m；

D．将小车紧靠打点计时器，接通电源后放开小车，得到一条点迹清晰的纸带，由纸带求得小车的加速度a；

E．重新挂上细绳和砝码盘，改变砝码盘中砝码的质量m，重复多次步骤B～D，得到多组m、a.

（2）记录数据及数据分析

①实验中打出的其中一条纸带如图乙所示，由该纸带可求得小车的加速度a＝________m/s2.

②实验小组认为小车受到的合外力F＝mg，根据记录数据和纸带，将计算得到的合外力和加速度填入设计的表中（表略）．

③建立a－F坐标系，利用②中得到的表中数据描点得到如图丙所示的图线．根据图线，“小车加速度a与外力F成正比”的结论是________（选填“成立”或“不成立”）的；已知图线延长线与横轴的交点A的坐标是（－0.08N,0），由此可知，砝码盘的质量m0＝________kg.（已知数据测量是准确的，重力加速度g取10m/s2）

（3）方案评估：

若认为小车受到的合外力等于砝码盘和砝码的总重力，即F＝（m0＋m）g，实验中随着F的增大，不再满足砝码和砝码盘的总质量远小于小车的质量要求，实验图应为______．（填正确答案标号）

[综合测评　提能力]

1．[2020·河北武邑中学调研]某班级同学用如图（a）所示的装置探究加速度a与力F、质量m的关系，甲、乙两辆小车放在倾斜轨道上，小车乙上固定一个加速度传感器，小车甲上固定一个力传感器，力传感器和小车乙之间用一根不可伸长的细线连接，在弹簧拉力的作用下两辆小车一起开始向下运动，利用两个传感器可以采集记录同一时刻小车乙受到的拉力和加速度的大小．

（1）下列关于实验操作的说法中正确的是________．

A．轨道倾斜是为了平衡小车甲受到的摩擦力

B．轨道倾斜是为了平衡小车乙受到的摩擦力

C．实验中，在小车乙向下运动的过程中均可采集数据

D．实验中，只能在小车乙加速运动的过程中采集数据

（2）三个实验小组选用的小车乙（含加速度传感器）的质量分别为m1＝1.0kg，m2＝2.0kg，m3＝3.0kg.三个小组已经完成了aF图象，如图（b）所示．

（3）在探究了a和F的关系后，为了进一步探究a和m的关系，可直接利用图（b）的三条图线收集数据，然后作图．请写出该如何收集数据：

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________.

2．[2020·成都树德中学测试]如图甲所示，质量为m的滑块A放在气垫导轨上，B为位移传感器，它能将滑块A到传感器B的距离数据实时传送到计算机上，经计算机处理后屏幕上显示滑块A的速率—时间（vt）图象．整个装置置于高度h可调节的斜面上，斜面长度为l.

（1）现给滑块A沿气垫导轨向上的初速度，其vt图线如图乙所示．从图线可得滑块A上滑时的加速度大小a＝________m/s2（结果保留一位有效数字）．

（2）若用此装置来验证牛顿第二定律，通过改变________________________________，可验证力一定时，加速度与质量成反比的关系；通过改变________，可验证质量一定时，加速度与力成正比的关系（重力加速度g的值不变）．

3．[2020·重庆七校联考]某实验小组调试如图1所示的装置准备探究加速度与受力的关系．已知小车的质量为M，砝码及砝码盘的总质量为m，打点计时器所接的交流电的频率为50Hz.

（1）实验步骤如下：

①按图1所示，安装好实验装置，其中动滑轮与定滑轮及弹簧测力计相连的细线竖直；

②不挂砝码和砝码盘的情况下，调节长木板的倾角，轻推小车后，使小车能沿长木板向下匀速运动，其目的是________；

③挂上砝码盘，接通电源后，再放开小车，打出一条纸带，由纸带求出小车的加速度；

④改变砝码盘中砝码的质量，重复步骤③，求得小车在不同合力作用下的加速度；

⑤弹簧测力计的读数为F，则小车所受合外力大小为________．

（2）实验过程中，关于砝码及砝码盘的总质量m与小车的质量M的关系，下列说法正确的是________．

A．M必须远大于m

B．M必须远小于m

C．M可以不用远大于m

D．M必须等于m

（3）实验中打出的一条纸带如图2所示，则由该纸带可求得小车的加速度为________m/s2.

4．[2020·广东化州二模]某小组同学用DIS研究加速度与力的关系的实验装置如图（a）所示．实验中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（b）所示．

（1）图线________（选填“①”或“②”）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f＝________；

（3）图（b）中，拉力F较大时，a－F图线明显弯曲，产生误差．为消除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．在钩码与细绳之间接入一力传感器，用力传感器读数代替钩码的重力

D．更换实验中使用的钩码规格，采用质量较小的钩码进行上述实验

5.

在探究物体的加速度与物体所受外力、物体质量间的关系时，采用如图所示的实验装置．小车及车中砝码的总质量用M表示，盘及盘中砝码的总质量用m表示．

（1）当M与m的大小关系满足________时，才可以认为绳子对小车的拉力大小等于盘和砝码的总重力．

（2）某一组同学先保持盘及盘中砝码的总质量m一定来做实验，其具体操作步骤如下，以下做法正确的是（　　）

A．平衡摩擦力时，应将盘及盘中砝码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．用天平测出m以及小车和车中砝码的总质量M，小车运动的加速度可直接用公式a＝

求出

（3）

另两组同学保持小车及车中砝码的总质量M一定，探究加速度a与所受外力F的关系，由于他们操作不当，这两组同学得到的a－F关系图象分别如图甲和图乙所示，其原因分别是：

图甲：

________________________________________________________________________；

图乙：

________________________________________________________________________.

6．某实验小组利用如图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．

　甲

乙

（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.

（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（见图甲）．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________．（填选项字母）

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

7．[2020·广西适应性测试]要测量两个质量不等的沙袋的质量，由于没有直接的测量工具，某实验小组选用下列器材：

轻质定滑轮（质量和摩擦可忽略）、砝码一套（总质量m＝0.2kg）、细线、刻度尺、秒表．他们根据已

学过的物理学知识，选择合适的变量得到线性关系，作出图线并根据图线的斜率和截距求出沙袋的质量．请完成下列步骤：

（1）实验装置如图所示，设右边沙袋A的质量为mA，左边沙袋B的质量为mB.

（2）取出质量为mi的砝码放在沙袋A中，剩余砝码都放在左边沙袋B中，发现A下降，B上升（左右两侧砝码的总质量始终不变）．

（3）用刻度尺测出沙袋A开始时离桌面的距离h，用秒表测出A从开始位置下降到桌面所用的时间t，则可知A的加速度大小a＝________.

（4）改变mi，测量相应的加速度a，得到多组mi及a的数据，作________（选填“a－mi”或“a－

”）图线．

（5）若求得图线的斜率k＝2.0m/（kg·s2），纵轴上的截距b＝0.4m/s2，则沙袋的质量mA＝__________kg，mB＝__________kg.（重力加速度g取10m/s2）

8．某课外活动小组利用一足够长且高度可调的木板、滑块、位移传感器、计时器等组成如图甲所示实验装置来验证“当物体质量一定时，物体运动的加速度与其所受的合外力成正比”这一结论，让滑块从倾斜木板上一点A（固定点A到位移传感器的距离为x0）由静止释放（不计摩擦力的影响），位移传感器可以测出滑块到位移传感器的距离x，计时器记录相应时间t，位移传感器连接计算机，可描绘出滑块相对传感器的位移x随时间t的变化规律．

（1）某次描绘出滑块相对传感器的位移x随时间t的变化规律如图乙所示，则此次滑块在t＝0.4s时的速度大小为________m/s，滑块的加速度大小为________m/s2.

（2）不断增大长木板与水平面间的夹角，每次均让滑块从A点由静止释放，用直尺测出A点到水平面间的竖直高度h，用计时器测得滑块从A点滑到传感器所用时间T，已知滑块质量为m，则滑块所受的合外力大小F＝________.

（3）以h为纵坐标，

为横坐标，根据测量结果作出h

图象，如能验证“当物体质量一定时，物体运动的加速度与其所受的合外力成正比”这一结论，则作出的图象应是一条________________________________________________________________________．

课练10　实验　验证牛顿第二定律

[狂刷小题　夯基础]

1．答案：

（1）使小车所受的合外力等于绳的拉力　

（2）使绳的拉力近似等于钩码的重力　（3）1.0

解析：

（1）实验中平衡摩擦力的目的是使小车所受的合外力等于绳的拉力．

（2）以钩码为研究对象有mg－FT＝ma；以小车为研究对象有FT＝Ma，联立以上两式可得FT＝

mg；要使绳子的拉力等于钩码的重力，即

＝1，则有M≫m；则使M远大于m的目的是使绳的拉力近似等于钩码的重力．

（3）因T＝0.1s，由Δx＝aT2得a＝

＝

m/s2＝1.0m/s2.

2．答案：

（1）A　

（2）0.32　0.93　（3）随所挂钩码质量m的增大，不能满足M≫m

解析：

（1）调节滑轮的高度，使牵引木块的细线与长木板保持平行，否则拉力不会等于合力，A正确；在调节木板倾斜度以平衡小车受到的摩擦力时，不应悬挂钩码，B错误；由于平衡摩擦力之后有Mgsinθ＝μMgcosθ，故tanθ＝μ，所以无论小车的质量是否改变，小车所受的摩擦力都等于小车的重力沿斜面的分力，改变小车所受的拉力后，不需要重新平衡摩擦力，C错误；实验开始时先接通打点计时器的电源待其平稳工作后再释放小车，而当实验结束时应先控制小车停下再关闭打点计时器，D错误．

（2）已知打点计时器电源频率为50Hz，则纸带上相邻计数点间的时间间隔T＝5×0.02s＝0.10s．根据Δx＝aT2可得xCE－xAC＝a（2T）2，小车运动的加速度为a＝

＝0.93m/s2，打B点时小车的速度vB＝

＝0.32m/s.

（3）随着力F的增大，即随所挂钩码质量m的增大，不能满足M≫m，因此图线上部出现弯曲．

3．答案：

（1）AC　

（2）6.50　0.43　（3）A

解析：

（1）为了保证力传感器的读数为小车所受的合外力，实验操作需要平衡摩擦力，即在未挂钩码时，将木板的右端垫高以平衡摩擦力，选项A正确，B错误；同时要调节木板左端定滑轮的高度，使牵引小车的细绳与木板平面平行，选项C正确；因有传感器测量拉力的大小，所以不需要所挂钩码的质量尽量小，选项D错误．

（2）由题图乙中可读出A、E两点间的距离为6.50cm.根据Δx＝aT2，其中T＝0.1s，可求出小车的加速度大小为a＝

＝0.43m/s2.

（3）木板保持水平，则有摩擦力没有被平衡，根据牛顿第二定律，有F－f＝Ma，则a＝

F－

，A正确．

4．答案：

A　0.233　0.75

解析：

物块沿倾斜的木板加速下滑时，纸带上打出的点逐渐变疏，故A点为最先打出的点．

vC＝

＝

m/s＝0.233m/s

a＝

＝

m/s2

≈0.75m/s2

5．答案：

（1）

（2）0.35

解析：

（1）对铁块，根据牛顿第二定律得mgsinθ－μmgcosθ＝ma，解得μ＝

.

（2）利用逐差法可得

a＝

m/s2＝1.97m/s2，由于θ＝30°，g＝9.80m/s2，则μ＝0.35.

6．答案：

（3）0.39　（4）见解析图　（5）0.45　（6）BC

解析：

（3）因为小车做初速度为零的匀加速直线运动，将图中点（2,0.78）代入x＝

at2可得，a＝0.39m/s2.

（4）根据描点法可得如图所示图线．

（5）根据牛顿第二定律可得nmg＝（M＋5m）a，则a＝

n，图线斜率k＝

＝

，可得M＝0.45kg.

（6）若保持木板水平，则小车运动中受到摩擦力的作用，由牛顿第二定律得nmg－μ（M＋5m－nm）g＝（M＋5m）a，解得a＝

－μg，直线的斜率变大，图象不过原点，选项B、C正确．

7．答案：

（1）D　

（2）A位置到光电门的距离L　（3）F

解析：

（1）应使A位置与光电门间的距离适当大些，有利于减小误差，故A是必要的；应将气垫导轨调节水平，使拉力等于合力，故B是必要的；要保持细线方向与气垫导轨平行，故C是必要的；拉力是直接通过力传感器测量的，故与滑块质量和钩码质量大小关系无关，故D是不必要的；

（2）根据匀变速直线运动的位移速度公式得v2＝2aL，又因为v＝

，解得a＝

，故要测加速度还需要测出A位置到光电门的距离L；

（3）根据牛顿第二定律得：

a＝

，解得：

F＝

·

，所以处理数据时应作出F

的图象．

8．答案：

（2）①0.88　③不成立　0.008　（3）A

解析：

（2）①根据Δx＝aT2，运用逐差法得a＝

m/s2＝0.88m/s2；③由题图丙可知，图象是不过原点的倾斜直线，a与F不成正比；由图象可知，当F＝0时，小车有加速度，这说明在计算小车所受的合外力时未计入砝码盘的重力，由图线延长线与横轴的交点可求出的物理量是砝码盘的重力大小，砝码盘的重力大小为0.08N，则砝码盘的质量m0＝0.008kg；（3）当小车匀速下滑时有：

Mgsinθ＝f＋（m＋m0）g，当取下细绳和砝码盘后，由于重力沿斜面向下的分力Mgsinθ和摩擦力f不变，因此其合外力为（m＋m0）g，由此可知该实验中不需要砝码和砝码盘的总质量远小于小车的质量，故a－F图线是过原点的倾斜直线，A正确．

[综合测评　提能力]

1．答案：

（1）BD　（3）在a－F图线上作一条垂直于横轴的直线，与三条图线分别有三个交点，记录下三个交点的纵坐标a，分别与各图线对应的m组成三组数据

解析：

（1）本实验是研究小车乙的加速度a与力F、质量m的关系，所以轨道倾斜是为了平衡小车乙的摩擦力，故A错误，B正确；实验中只能在小车加速运动过程中采集数据，C错误，D正确．

（3）在aF图线上作一条垂直于横轴的直线（即F相同），记录