高考物理一轮复习 第3章 牛顿运动定律 第4节 实验：验证牛顿第二定律课件.pdf

第4节实验：验证牛顿第二定律陈:基破知识夯实敕材知识籁合生一、实验目的1.学会用控制变量法研究物理规律.2.验证牛顿第二定律.3.掌握利用图象处理数据的方法.二、实验原理探究加速度a与力F及质量m的关系时，应用 的基本方法是控制变量法，即先控制一个参量小 车的质量M不变，讨论加速度a与力F的关系，再控 制小盘和祛码的质量不变，即力F不变，改变小车质 量M,讨论加速度a与M的关系.三、实验器材电磁打点计时器、纸带、复写纸、小车、一端附 有定滑轮的长木板、小盘、夹子、细绳、低压交流电 源、导线、天平、刻度尺、祛码.四、实验步骤（一）测质量1.用天平测出小车和祛码的总质量M,小盘和 祛码的总质量m,把测量结果记录下来.（二）仪器安装及平衡摩擦力 22.按下图把实验器材安装好，只是不把悬挂小盘 的细绳系在车上，即不给小车施加牵引力.3.平衡摩擦力：在长木板不带定滑轮的一端下面 垫一块木板.反复移动木板的位置，直至小车在斜面 上运动时可以保持匀速直线运动状态.这时，小车拖 着纸带运动时受到的摩擦阻力恰好与小车所受的重力 在斜面方向上的分力平衡.（三）保持小车的质量不变 一4.把细绳系在小车上并绕过滑轮悬挂小盘，先接 通电源再放开小车，打点计时器在纸带上打下一系列 的点，打完点后切断电源，取下纸带，在纸带上标上 纸带号码.5.保持小车和祛码的质量不变，在小盘里放入适 量的祛码，把小盘和祛码的总质量记录下来，重复 步骤4.6.步骤5中用6个不同的门的值，分别得到六 条纸带.7.在每条纸带上都选取一段比较理想的部分，标 明计数点，测量各个计数点到。计数点间的距离，算 出与每条纸带对应的小车加速度的值.8.用纵坐标表示加速度a,横坐标表示作用决，作用力的大小F等于小盘和祛码的总重力，根据实验 结果在坐标平面上画出相应的点，如果这些点是在一 条过原点的直线上，便证明了加速度与作用力成正比.（四）保持小盘和祛码的质量不变9.保持小盘和祛码的质量不变,在小车上加祛码，重复上面的实验，用纵坐标表示加速度a,横坐标表 示小车和祛码总质量的倒数，根据实验结果在坐标平 面上画出相应的点.如果这些点是在一条过原点的直 线上，就证明了加速度与质量成反比.五、注意事项1.平衡摩擦力：就是调出一个合适的斜面，使小 车的重力沿着斜面方向的分力正好平衡小车受的摩擦 阻力.在平衡摩擦力时，不要把悬挂小盘的细线系在 小车上，即不要给小车施加任何牵引力，并要让小车 拖着打点的纸带运动.整个实验平衡了摩擦力后，不 管以后是改变小盘和祛码的总质量还是改变小车和祛 码的总质量，都不需要重新平衡摩擦力.2.实验条件：每条纸带必须在满足小车与车上所 加祛码的总质量远大于小盘和祛码的总质量的条件下 打出.只有如此，小盘和祛码的总重力才可视为小车 受到的拉力.3.操作顺序：改变拉力和小车质量后，每次开始 时小车应尽量靠近打点计时器，并应先接通电源，再 放开小车，且应在小车到达滑轮前按住小车.六、误差分析1.质量的测量误差，纸带上打点计时器打点间隔 距离的测量误差，拉线或纸带不与木板平行等都会造 成误差.2.因实验原理不完善造成误差：本实验中用小盘和祛码的总重力代替小车受到的 拉力（实际上小车受到的拉力要小于小盘和祛码的总 重力），存在系统误差.小盘和祛码的总质量越接近小 车的质量，误差就越大；反之，小盘和祛码的总质量 越小于小车的质量，误差就越小.3.平衡摩擦力不准造成误差：在平衡摩擦力时，除了不挂小盘外，其他的都跟 正式实验一样（比如要挂好纸带、接通打点计时器），匀速运动的标志是打点计时器打出的纸带上各点的距 离相等.核心酒舆被 晒和MH角度的士实验原理与操作例1某同学利用如图甲所示装置探究“加速度 与力、物体质量的关系”，图中装有祛码的小车放在 长木板上，左端拴有一不可伸长的细绳，跨过固定在 木板边缘的滑轮与一祛码盘相连.在祛码盘的牵引下，小车在长木板上做匀加速直线运动，图乙是该同学做 实验时打点计时器在纸带上打出的一些连续的点，该 同学测得相邻点之间的距离分别是XI、X2、X3、X4、X5、X6,打点计时器所接交流电的周期为工小车及车中祛 码的总质量为M,祛码盘和盘中祛码的总质量为m,当地重力加速度为g.甲乙(1)该同学先探究合外力不变的情况下，加速度与 质量的关系，以下说法正确的是.A.平衡摩擦力时，要把装有祛码的祛码盘用细 绳通过定滑轮系在小车上，把木板不带滑轮的一端缓 慢抬起，反复调节直到纸带上打出的点迹均匀为止B.由于小车受到的摩擦力与自身重力有关，所 以每次改变小车质量时，都要重新平衡摩擦力C.用天平测出M和m后，小车运动的加速度可以直接用公式a=需求出D.在改变小车质量M时，会发现M的值越大,实验的误差就越小(2)该同学接下来探究在质量不变的情况下，加速 度与合外力的关系.他平衡摩擦力后，每次都将小车 中的祛码取出一个放在祛码盘中，用天平测得祛码盘 及盘中祛码的总质量ml并通过打点计时器打出的纸 带求出加速度.得到多组数据后，绘出如图乙a-F 图象，发现图象是一条过坐标原点的倾斜直线.图象 中直线的斜率表示(用本实验中可测 量的量表示).(3)该同学在这个探究实验中采用的物理学思想 方法为.A.理想化模型法&控制变量法C.极限法D.比值法解析(1)在该实验中，我们认为细绳的拉力就军 于小车所受的合外力，故在平衡摩擦力时，细绳的另 一端不能悬挂装袪码的祛码盘，故/错误；由于平衡 摩擦力之后有Mgs加0=jiMgcos 6,故tan 0=g.所以无论小车的质量是否改变，小车所受的滑动摩擦 力都等于小车的重力沿斜面的分力，改变小车质量时 不需要重新平衡摩擦力，故5错误；小车运动的加速 度通过纸带求出，不能通过a=求出，故C错误；验中，只有满足祛码盘和磋码的总质量远小于小 量M时，才近似认为细绳拉力等于小车所受的合，所以在改变小车质量M时，会发现M的值越 实验的误差就越小，故与正确.实质力，本车外大设绳子拉力为F对祛码盘和祛码：mrg-F=mra 对小车及车中祛码：F=(M+m-mr)a 联立得：mrg=(M+m)a认为小车及车中祛码所受合力F=mrg,所以 F=(M+m)a即a=nT%F,a-F图象是过坐标原点的倾斜直线，直线的斜率表示Evrm+M(3)该实验采用控制变量法，A,C、)错误5正确.答案。1m而(3*归纳总结提升上-一-aF图线只有在F是小车实际合外力的情况下才是过原点的直线，本实验中平衡摩擦力后，小车受到的 合外力是绳子的拉力,对小车和硅码盘（含硅码）分别列 牛顿定律方程：Fr=Ma,mg-Fr=ma,可解得：a=mg M 土 a lM+m现=立111mg.只有在 Mm 时 Fl mg,a-F图线才接近直线，一旦不满足Mm,描出的点的横坐 标就会向右偏离较多，造成图线向右弯曲.【变式1 如图甲所示为两位同学探究“物体 的加速度与其质量、所受合外力的关系”的实验爨置乙（1）实验中，两位同学安装好实验装置后，首荆平 衡摩擦力，他们将长木板的一端适当垫高些后，在不 挂祛码盘的情况下，使小车靠近打点计时器后，先接 通电源，后用手轻拨小车，小车便拖动纸带在木板上 自由运动.若打点计时器第一次在纸带上打出的计时 点越来越稀疏（从打出的点的先后顺序看），则第二次 打点前应将长木板底下的小木块垫的比原先更加（选填“高”或“低”）些；重复以上操作步 骤，直到打点计时器在纸带上打出一系列 的计时点，便说明平衡摩擦力合适.（2）平衡摩擦力后，在 的条件下，两位同学可以认为祛码盘（连同祛码）的总重力近似等于 小车的所受的合外力.已知小车的质量为M,祛码盘（连同祛码）的总质量为m(3)接下来，这两位同学先保持小车的质量不变的 条件下，研究小车的加速度与受到的合外力的关系；图乙为某次操作中打出的一条纸带，他们在纸带上标 出了5个计数点，在相邻的两个计数点之间还有4个 点未标出，图中数据的单位是。阳.实验中使用的是频 率f=50Hz的交变电流.根据以上数据，可以算出小 车的加速度a=阳/卜(结果保留三位有效数 字)(4)然后，两位同学在保持小车受到的拉力不变的 条件下，研究小车的加速度a与其质量M的关系.他 们通过给小车中增加祛码来改变小车的质量M,得至U 小车的加速度a与质量M的数据，画出a吉图线 后，发现：当上 较大时，图线发生弯曲.于是，两位 同学又对实验方案进行了进一步地修正，避免了图线 的末端发生弯曲的现象，那么，两位同学的修正方案 可能是()A.改画a与(M+m)的关系图线B.改画a与言的关系图线C.改画a与T加的关系图线m 十 JV1D.改画a与二的关系图线m 十 JV1(5)探究“物体的加速度与其质量、所受合外力的 关系”实验完成后，两位同学又打算测出小车与长木 板间的动摩擦因数.于是两位同学先取掉了长木板右 端垫的小木块，使得长木板平放在实验桌上，并把K 木板固定在实验桌上；在祛码盘中放入适当的祛码后,将小车靠近打点计时器，接通电源后释放小车，打点 计时器便在纸带上打出了一系列的点，并在保证小车/的质量M、祛码（连同祛码盘）的质量m不变的情,多次进行实验打出了多条纸带，分别利用打出的多条 纸带计算出了小车运动的加速度a,并求出平均加速 度亘，则小车与长木板间的动摩擦因数Ji=.（用m、M、五、g表示）解析（1）打点计时器第一次在纸带上打出的计 时点越来挺稀疏，说明物体做加速运动，平衡摩擦力 过度，第二次需要将角度调低，直到物体匀速运动，即打出的点间隔相等；(2)设小车的质量为M,祛码盘总质量为m,者看做一个整体，对整体有mg=M+m)a,对小车有 T=Ma,联立可得T=Ma=爵舞=上,只有当 1+MMm 时，T mg;(3)在相邻的两个计数点之间还有4个点未标出，故相邻计数点间的时间为T=5X：=0.1 s,根据逐差 法可得 X34-X12=2a T?,x23-x oi=2a T2,两式相加可 得a=一I?产一初1，代入数据可 得a=0.343 mis2;(4)当4较大即M较小时，不再满足Mm,故尔 车所受合外力不再近似等于mg,此时需对整体列方程 有mg=(M+m)a,故应作出a-高，一图线，C正确;M+m(5)对小车和祛码(连同祛码盘)整体进行受力分 析，祛码(连同祛码盘)的重力和摩擦力的合力提供加 速度，根据牛顿第二定律得：9=必氏/警，解得：M+mmg-(m+M a口=Mg-答案(1)低 点间隔均匀(或点间隔相等、点间距 相等均 正确)(2)Mm(3)0.343(4)Cmg-m+M)a MgI角度数据处理、误差分析,例2某次“探究加速度a跟物体所受的合外养 和质量m的关系”时，实验如下：乙(1)下列做法正确的是(填字母代号)平4.调节滑轮的高度，使牵引木块的细绳与长木 板保持平行B.在调节木板倾斜角度平衡木块受到的滑动摩 擦力时，将装有祛码的祛码桶通过定滑轮拴在木块上C.实验时，先放开木块再接通打点计时器的电 源D.通过增减木块上的祛码改变质量时，不需重 新调节木板倾角(2)图甲为实验装置图.图乙为某次实验得到的一 段纸带，计数点A、B、C、D、E间的时间间隔为0.1 s，根据纸带可求出小车的加速度大小为 加2.(结果保留两位有效数字)(3)保持小车质量不变，改变砂和砂桶质量，多次测量.根据实验数据作出了加速度a随拉力F的 变化图线如图所示.图中直线没有通过原点，其主要 原因是.(4)保持砂和砂桶质量不变，改变小车中祛码质 量，进行多次测量，得到小车加速度a、质量m及其 对应的2的数据如表中所示：实验次数12345678车加速度 a/(/w s 2)1.901.721.491.251.000.75 0.500.30车和祛码质量m/kg0.250.290.330.40 0.500.711.001.6 7L/kgT m&4.003.453.032.502.001.411.000.6 0在图示的坐标纸中画出物体的a2图线；根据作出的a 5图象可以得到的结论是:解析(1)实验时，需调节滑轮的高度，使牵舔，块的细绳与长木板保持平行，故力正确；平衡摩 时，不能将装有祛码的祛码桶通过定滑轮拴在木块上，故与错误；实验时应先接通电源，再释放木块，故。错误；通过增减木块上的祛码改变质量时，不需重新 平衡摩擦力，故)正确.(2)根据/x=a T?,运用逐差法得：a=。六。=(650-2.4。-2.40)义10?4X0.01mis2=0.425 mis1-0.43m/s2.(3)图线没有过原点，与F轴有交点即有力时没有 加速度，说明实验前没有平衡小车的摩擦力或平衡摩 擦力不足；(4)根据表格数据描点，如图(5)由a-5图象可知，图线为一条过原点的直线，表 明在合外力一定时，加速度跟质量成反比.答案(1)40(2)0.43 m/s2(3)实验前未平衡摩 擦力(或平衡摩擦力不足)(4)见图象见解析 图 线为一条过原点的直线，表明在合外力一定时，加速 度跟质量成反比【变式2 如图1所示，为“探究加速度基、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祛码的质量对应关系 图.钩码的质量为m小车和祛码的质量为m2，重 力加速度为g.下列说法正确的是A.力B.电源C.D.每次在小车上加减祛码时，应重新平衡摩擦实验时若用打点计时器应先释放小车后接通本实验m2应远小于mi在用图象探究加速度与质量关系时，应作aW图象(2)实验时，某同学由于疏忽，遗漏了平衡摩曩力 这一步骤，测得F=mig,作出aF图象，他可能作 出图2中(选填“甲”“乙”或“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.4 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实验时，某同学遗漏了平衡摩擦力这一源!若轨道水平，他测量得到的3一a象，如图3.设图中ni2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H=,钩码的质量mi=砧验中打出的纸带如图4所示.相邻计数点间的时间是0.1 S,由此可以算出小车运动的加速度是 m/s2.解析(1)根据重力沿斜面向下的分力等于物债受 到的摩擦力这一原理来平衡摩擦力，即满足，与质量 无关，所以增减祛码后不需要重新平衡摩擦力，A错 误；由于实验过程非常短暂，为了得到更多的数据，应先接通电源后释放纸带，刀错误；实验中需要钩码 的质量远远小于小车的质量，故C错误；直线更能直 观的反应两者的关系，根据牛顿第二定律可得，加速 度a与成正比，所以应绘制a；图象，)正确.m2(2)没有平衡摩擦力，则在钩码有一定质量后，小 车才具有加速度，故丙正确；此图线的AB段明显偏 离直线，造成此误差的主要原因是没有满足m2m1 造成的，也就是钩码的总质量太大，故选C(3)根据牛顿第二定律可知，mx g-gm2g=结合;-a图象，可得：;=即+七a,设图中直线 1112 1112 mi m】g的斜率为k,在纵轴上的截距为b,因此钩码的质量mi=？小车与木板间的动摩擦因数=?gK gK(4)根据逐差法可得s4-Si=3a T2,解得 a=0.46 m/s1.答案(1)0(2)丙 C(3送.(4)0.46角度A实验的改进、创新例3某物理课外小组利用图甲中的装置探究物 体加速度与其所受外力之间的关系.图中，利用铁架 台固定一轻质滑轮，通过跨过滑轮的轻质细绳悬吊相 同的两个物块A、B,质量均为M,物块A侧面粘贴 小遮光片，其宽度为d、质量忽略不计.在物块A、B 下各挂5个相同的小钩码，质量均为m=0.010 kg.光 电门C、D通过连杆固定于铁架台上，并处于同一竖 直线上，且光电门C、D之间的距离为h.两光电门与 数字计时器相连（图中未画出）可记录遮光片通过光电 门的时间.整个装置现处于静止状态，取当地的重力 加速度g=9.8川/十.实验步骤如下：由2C-s-将n（依次取n=L 2,3,4,5）个钩码从砌块 B的下端摘下并挂在物块A下端的钩码下面.释放物 块，用计时器记录遮光片通过光电门C、D的时间旅 t 2.由匀变速运动规律可得到物块AT落过程的加速度 a=（用“h、d 力、t2v 表示）.（2）该小组同学测量的数据见下表.他们将表格中 的数据转变为坐标点画在图乙的坐标系中，并作出a n图象.从图象可以得出：当物体质量一定时，物 体的加速度与其所受的外力成（“正比”或“反比”）.N12345a/(m s 2)0.200.410.590.791.00(3)该小组同学利用a-n图象，进一步求得物块A(或B)的质量M为_柩.(保留2位有效岐料(4)若实验过程中摩擦阻力的影响明显(可看成定 值)，用上述方法得到的物块质量M的测量值(填“大于”“小于”或“等于”)物块质量 的直实值.解析(1)物块A通过光电门C、D时的速度：vc=p vD=p 从C到D过程，由匀变速直线运动的速度位移公式得：Vd _ Vc=2a h,加速度：a=2 _ 回22h(2)以A、B两物体和10个小钩码组成的系统为研 究对象，由牛顿第二定律得：2nmg=(10m+2M)a,由图示图象可知，物体的加速度与其所受的外力成正比.(3)由牛顿第二定律得：a=n,-11图象可知，图象的斜率:k=就黑而=写=0.2,解得：M=0.44 kg,(4)若有阻力f,由牛顿第二定律得：2nmg-f=(10m+2M)a,加速度：a=痂十、11-10m+2M，图象的斜率不受阻力f的影响，所以物块质量M的测 量值不变.02 _(dh答案2h力 Q)正比(3)0.44(4)等于【变式31 某实验小组应用如图甲所示墨置“探究加速度与物体受力的关系”，已知小车的质量 为M,祛码及祛码盘的总质量为m,所用的打点计时 器所接的交流电的频率为50反，实验步骤如下：甲祛玛和硅科盘力.按图所示安装好实验装置，其中与定滑蜃及 弹簧测力计相连的细线竖直；&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；C.挂上祛码盘，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；D.改变祛码盘中祛码的质量，重复步骤C,求 得小车在不同合力作用下的加速度.根据以上实验过程，回答以下问题：.(1)对于上述实验，下列说法正确的是.力.小车的加速度与祛码盘的加速度大小相等B.实验过程中祛码盘处于超重状态C.与小车相连的轻绳与长木板一定要平行。.弹簧测力计的读数应为祛码和祛码盘总重力 的一半E.祛码和祛码盘的总质量应远小于小车的质量(2)实验中打出的一条纸带如图乙所示，由该I带 可求得小车的加速度为 M储.(结果保留2位 有效数字)(3)由本实验得到的数据作出小车的加速度a与弹 簧测力计的示数F的关系图象，与本实验相符合的是-解析(1)由图可知，小车的加速度是祛码盘w加，速度大小的2倍，故力错误；实验过程中，祛码朝下 加速运动，处于失重状态，故与错误；与小车相连的 轻绳与长木板一定要平行，保证拉力沿着木板方向，故C正确；实验过程中，祛码向下加速运动，处于失 重状态，故弹簧测力计的读数小于祛码和祛码盘总重 力的一半，故。错误；由于不需要把袪码的重力作为 小车的拉力，故不需要祛码和祛码盘的总质量应远小 于小车的质量的条件，故E错误.(2)设相邻两个计数点之间的位或分别为Xi、X2、X3，相邻两个计数点之间的时间间隔T=5X0.02 s=0.1 s,由/x=a T2结合作差法得：a=二产=0.038 4-0.035 2 2X0.012mH=0.16 ml/(3)由题意可知，小车的加速度a与弹簧测力计的 示数F的关系应该是成正比，即为过原点的一条倾斜 直线，故力与本实验符合.答案C(2)0.16(3M考点集训（十四）第4节实验：验 证牛顿第二定律1.某同学用如图所示的实验装置研究小车在万面 上的运动.(1)用细绳将砂和砂桶通过滑轮与小车连接，调节 斜面的倾角仇 使小车沿斜面向下做匀速直线运动，用天平测出砂和砂桶的总质量m；(2)保持斜面倾角。不变，取下砂和砂桶，接通电 源，在靠近打点计时器处重新释放小车.(3)下图是该同学实验中打出的一条纸带的一部 分，打点计时器电源的频率为50 Hz,相邻两计数点 间还有4个计时点未画出.由纸带中可以判断小车沿斜面向下做 运动.若测得砂和砂桶的总质量 为310 g,则小车的质量为_柩(结果保留三位有效数字，重力加速度取9.8加/).(4)在上述实验中，以下说法正确盼是.(填正确答案标号)/.小车的质量应远大于砂和砂桶的质量B.连接小车、砂和砂桶的细绳与斜面应保持平 行C.打点计时器的电源应选取220 V交流电D.实验过程需用秒表计时解析(3)由纸带的数据可得：X2-Xi=X3-x j必-x3=L98 cm,即可判定小车做匀加速直线运动；调 节斜面的倾角。，使小车沿斜面向下做匀速直线运动,则：Mgs加0-f=mg;保持斜面倾角。不变，取下 砂和砂桶，小车做匀加速运动，小车所受合力尸合=、/xMgsin 6-f=mg,其加速度大小为：a=下=1.98X10 2?)一,公、人而1 m/s2=1.98 m/s,由牛顿第二定律可得：mg=Ma,解得：M=a310X10 3x 9.8 L98kg-1.53 kg.J 1.1(4)依据实验原理，本实验不需要小车的质量基大于砂和砂桶的质量，故z错误.依据实验原理，实验 时连接小车、砂和砂桶的细绳与斜面应保持平行，故 正确.电火花计时器的电源应选取的交流电，故C 正确.实验过程中打点计时器能记录时间，不需要秒 表计时，故D错误.答案(3)匀加速直线1.53(4)BC2.为了探究质量一定时加速度与力的关系.”同 学设计了如图所示的实验装置.其中M为带滑轮的小 车的质量，m为砂和砂桶的质量.（滑轮质量不计）就%.(1)实验时，一定要进行的操作或保证的条胃是A.用天平测出砂和砂桶的质量B.将带滑轮的长木板右端垫高，以平衡摩擦力C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，同时记录弹簧测力计的示数D.改变砂和砂桶的质量，打出几条纸带E.为减小误差，实验中一定要保证砂和砂桶的 质量m远小于小车的质量M（2）该同学在实验中得到如图所示的一条纸带（相 邻两计数点间还有两个点没有画出）.已知打点计时器 采用的是频率为50 Hz的交流电，根据纸带可求出小 车的加速度为 阳/（结果保留两位有效数；7(3)以弹簧测力计的示数F为横坐标，加速度为 纵坐标，画出的aF图象是一条直线，图线与横轴的 夹角为。，求得图线的斜率为k,则小车的质量为A.Itan 0 B.一二tan uC.k D.v 用天平测出砂和砂桶的质量，更不需要满足砂和砂桶 的质量m远小于小车的质量M这个条件，故、E 错误；弹簧测力计测出拉力，从而表示小车所受的合 外力，故需要将带滑轮的长木板右端垫高，以平衡摩 擦力，故与正确；打点计时器运用时，小车靠近打点 计时器，先接通电源，待打点稳定后再释放纸带，该 实验探究加速度与力和质量的关系，要同时记录弹簧 测力计的示数，故C正确；改变砂和砂桶质量，即改 变拉力的大小，打出几条纸带，研究加速度随F变化 关系，故Z）正确.间隔T=0.06 s,由逐差法/x=a(3T)2可得加速度a=(3.8+33+2.8-2.3-L9-L4)*1。9 X 0.062=1.3 mis.(3)弹簧测力计的示数F=；F合，由牛顿第二定律2F 2/F 22F=ma,小车的质量m=:一=丁，故D正确.a Xi sl k答案BCD(2)1.3(3)D3.在探究加速度与力、质量的关系活动中,小组设计了如图甲所示的实验装置.图中上下两层水平 轨道表面光滑，两小车前端系上细线，细线跨过滑轮 并挂上祛码盘，两小车尾部细线连到控制装置上，实 验时通过控制装置使两小车同时开始运动，然后同时 停止.控制装置甲（1）在安装实验装置时，应调整滑轮的高度Y使_;在实验时，为减小系统误差，应使祛码盘和祛码的总质量（选填“远大于”“远小于”或“等于”）小 车的质量.（2）本实验通过比较两小车的位移来比较小车加 速度的大小，能这样比较，是因为（3）实验中获得的数据如下表所示：小车i、n的 质量约为200 g.实验次数小车拉力FIN位移s/cm1I0.1II0.246.512I0.229.04II0.343.6 33I0.341.16II0.444.804I0.436.43II0.545.56在第1次实验中小车I从A点运动到B点的位移 如图乙所示，请将测量结果填到表中空格处.通过分 析，可知表中第 次实验数据存在明显错误,应舍弃.A B乙解析(1)拉小车的水平细线要与轨道平行；又有 在祛码盘和祛码的总质量远小于小车质量时，才能认 为硬码盘和祛码的总重力等于细线拉小车的力.(2)对初速度为零的匀加速直线运动，时间相同 时，根据运动学公式：x=1a t2,得(3)刻度尺的最小刻度是1 mm,要估读到毫米的 下一位，读数为 23.86 cm 0.50 cm=23.36 cm.因 t 相 同，故位移应与F成正比.比较表中的数据可知，表 中第3次实验数据存在明显错误，应舍弃.答案(1)细线与轨道平行(或水平)远小于(2)两小车从静止开始做匀加速直线运动，且两小车的运 动时间相等(3)23.36(23.3423.38均对)34.甲、乙两同学均设计了测动摩擦因数的实验？已 知重力加速度为g.光电门B 光电门4遮光片西（1）甲同学所设计的实验装置如图甲所示.其第A 为一质量为M的长直木板，B为木板上放置的质量为 m的物块，C为物块右端连接的一轻质弹簧测力计（水 平放置）.实验时用力将A从B的下方抽出，通过C 的读数 玛即可测出动摩擦因数.则该设计能测出（填“A与B”或“A与地面”）之间的动摩 擦因数，其表达式为(2)乙同学的设计如图乙所示.他在一端带有光滑 轻质定滑轮的长木板上固定有a、b两个光电门了与 光电门相连的计时器可以显示带有遮光片的物块在其 间的运动时间，与跨过定滑轮的轻质细绳相连的轻质 测力计能显示挂钩处所受的拉力.实验时，多次改变 砂桶中砂的质量，每次都让物块上的遮光片从光电门 A处由静止开始运动，读出多组测力计示数F及对应 的物块在两光电门之间的运动时间t.在坐标系中作出 F4的图线如图丙所示.图线的斜率为k与纵轴的截 距为b,与横轴的截距为，因乙同学不能测出小车质 量，故该同学还应该测出的物理量为.根据该测量物理量及图线信息可 知物块和长木板之间的动摩擦因数表达式为.解析(1)当B处于静止状态，弹簧测力计的隹数 跟B所受的滑动摩擦力Ff大小相等，B对木板A的压力大小等于B的重力mg,由Ff=口琮得，口(2)物块由静止开始做匀加速运动，位移x=；a t 2.可得：a=tt.根据牛顿第二定律得对于物块，F-jimg=ma则:2mxF=r+gmg则图线的斜率为：k=2mx,纵轴的截距为：b=gmg;k与摩擦力是否存在无关，物块与长木板间的动 摩擦因数为：g=答案A与BFi mg(2)光电门A、B之间的距离2x b5.同学们分别利用图甲、乙所示的两种装置里用 不同方案进行“探究物体运动的加速度与所受合外力 关系”的的实验，其中小车A质量约为350 g,并与 纸带相连，B为打点计时器，托盘C内装有祛码，托 盘自身的质量为5g；D为无线测力传感器.两种方案 的不同在于：方案一采用托盘和祛码的重力值作为小 车受到的拉力，方案二则用传感器D直接测量绳子对 小车的拉力.甲乙关于器材的选取，下列说法正确的是A.方案一必须选取单个质量尽量小的祛码，如5 克/个B.方案一可以选取单个质量较大的祛码，如50 克/个C.方案二必须选取单个质量尽量小的祛码，如5 克/个D.方案二可以选取单个质量较大的祛码，如50 克/个(2)两种方案都必须进行的实验操作是.A.需要将导轨的右端垫高以平衡摩擦力B.应先接通打点计时器电源，再释放小车C.为了减小误差，每次小车应从同一位置释放D.需要记录托盘中祛码的质量(3)某组同学利用方案进行了实验，并将所获得的 6组数据对应地绘制在图丙所示的aF图中，请你根 据图中点迹，绘制一条可以反映加速度和拉力关系的 图线.丙(4)根据第(3)问中你所绘制的图线，可反映出腰组 同学在实验操作中的不妥之处是(5)若某组同学利用方案一进行实验室，忘记了将 轨道右端垫高平衡摩擦力，一直是轨道处于水平状 态.请根据牛顿运动定律，通过推导说明由这种操作 和正确操作分别获取的数据所绘制的a-F图线的斜 率和纵轴截距.解析(1)乙装置由于有力传感器，则不需要测量 并记录托盘及托盘中祛码的总质量，也不要求托盘及 盘中祛码总质量远小于小车A的质量，而甲装置是需 要的.故选4D.(2)两种方案都需要将导轨的右端垫高以平衡摩 擦力，这样才能保证拉力等于合外力，A正确；根据 打点计时器使用规范，两种方案都需要应先接通打点 计时器电源，再释放小车，刀正确；测量过程中与小 车是否在同一位置释放无关，故C错误；乙装置由于 有力传感器，则不需要测量并记录托盘及托盘中祛码 的总质量，故刀错误.关系图线如图所示:(4)由图可知当F=0时加速度a不为零，所那不 妥之处在于右端垫得过高，平衡摩擦过度.(5)由牛顿第二定律可知，未平衡摩擦时有：F f=Ma,得：a=平衡摩擦时有：F=Ma,得：a=F.两次对比可知，忘记右端垫高平衡摩擦对图象 斜率无影响，但在纵轴上会产生的负截距.答案(1)40(2)AB(3)见解析图(4)平衡摩 擦过度(5)见解析I I*6.某课外小组利用如图所示的装置研究合外力十定.时，加速度与质量的关系.主要实验步骤如下：用天平测量并记录小桶的质量m,滑块（包括加装 在滑块两侧的钢片和固定在滑块上的加速度传感器）的 质量M；接通气泵，将滑块（不挂小桶）置于气垫导轨上，调节气垫导轨，轻推滑块，观察滑块的运动.当加速度 传感器的示数 时，说明气垫导轨已经水平；挂上小桶，调整定滑轮的高度，使气垫导轨上方 的细绳水平；在气垫导轨上合适位置释放滑块，记录加速度 传感器的示数a；利用在滑块上增加钢片的方法改变滑块的质量 M,重复步骤数据记录及处理如下:实验次数123456小桶质量m（单位：kg）0.105小桶重力mg（单位：N）1.028滑块质量M（单位：kg）0.3970.496 0.5960.6 960.7960.896数据记录及处理如下:吉（单位：AgT）2.5192.0161.6 781.4371.2561.116M+m（单位:kg1）1.9921.6 6 41.4271.2481.1100.999滑块加速度的测量 值a（单位：m/s2）2.0141.7021.46 01.26 81.1101.004滑块加速度的理论 值a。（单位：m/s2）2.0481.7111.46 71.2831.141请回答下列问题：一(1)实验步骤中的横线上应填写;(2)上表中，滑块加速度的理论值是在忽略阻力的 情况下根据牛顿第二定律计算得出的，其表达式是(用表中物理量的符号表示)，最后一行 的空格内的数值是;(3)观察上表中最后两行，滑块加速度的理论值均 大于其测量值，原因可能是 _(写一个原因即可）;(4)根据上表正确描点，绘制了下列四个图象,节根 据图象(填字母)可得出结论：在实验误差范 围内，当小桶的重力mg 一定时,D解析(1)当小车在气垫导轨上匀速运动，说岬气 垫导轨已经水平，故加速传感器的示数趋于零，(2)桶和桶内祛码的重力提供小车和祛码整体做 加速运动的合外力，根据牛顿第二定律有：mg=M+m)a,解得：2=高牛，代入数据得：a=1.027 M+mm/s2;(3)通过分析可知，加速度实际值要小于理论值，可能原因是滑块在运动过程中，受到阻力作用；(4)作图时，最好作出直线图象，这样更能反映物 理量之间的关系，根据上表正确描点，绘制的四个图 象中，根据图象)可以得出结论：加速度与滑块、小 桶组成的系统的质量成反比.I趋于零/等于零品 由（）二。中会受到阻力作用，及。加*蠹峨蕊的系统的质量但7.如图甲所示，上表面光滑的楔形木块A固定 在水平放置的压力传感器上.某同学将质量不同的小 钢球从斜面顶端由静止释放（每次只有一个小球），记 录小钢球在斜面上运动时压力传感器的示数，并根据实验数据作出F m图线，如图乙.重力加速度大小 取9.8 mH,完成下列填空.2.50甲压力传感器2302.202402.00F/N,廉 9一|MHH 15K.,L90I_0 20 40 60 80100120乙不同质量的小钢球在斜面上运动的品恂,(填“相同”或“不相同”);(2)由图象知，木块A的质量M=Ag（保留两位有效数字)；(3)若斜面倾角为0,由图象可知，cos2e=(保留两位有效数字).解析(1)根据牛顿第二定律得小球下滑的加速度 为：a=mgs：0=gsin 9,则不同质量的小钢珠在 斜面上运动情况完全相同，所以运动的时间也相同.(2)当m=0时，传感器的示数即为木块A的重力，则有：Mg=1.97 N,1 97解得：M=kg-0.20 kgV.o(3)对小球受力分析，根据平衡条件可知，A对小 球的支持力N=mgcos 0,根据牛顿第三定律可知，小球对A的压力为mgcos 0,对A受力分析可知，传感器对A的支持力F=Mg+mgcos 0 cos 9,则传 感器的示数为F=Mg+mgcos 2 0则F-m图象的斜率k=geos 2 0,则有:geos 2 0=万=3.3解得：cos 2 0=0.34.答案相同(2)0.20(3)0.34(0.32-0.36 均可)