验证牛顿第二定律.docx
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验证牛顿第二定律
高中物理实验
验证牛顿第二定律
实验练习题
1、在验证牛顿第二定律实验中,
(1)甲同学根据实验数据画出的小车的加速度a和小车所受拉力F的图像为右图所示中的直线Ⅰ,乙同学画出的图像为图中的直线.直线Ⅰ、Ⅱ在纵轴或横轴上的截距较大.明显超出了误差范围,下面给出了关于形成这种情况原因的四种解释,其中可能正确的是( ).
(A)实验前甲同学没有平衡摩擦力
(B)甲同学在平衡摩擦力时,把长木板的末端抬得过高
(C)实验前乙同学没有平衡摩擦力
(D)乙同学在平衡摩擦力时,把长木板的末端抬得过高了
(2)在研究小车的加速度a和小车的质量M的关系时,由于始终没有满足M》m(m为砂桶及砂桶中砂的质量)的条件,结果得到的图像应是如下图中的图( ).
(3)在研究小车的加速度a和拉力F的关系时,由于始终没有满足M》m的关系,结果应是下图中的图( ).
2、.
(1)如下图所示,某同学在“验证牛顿第二定律”的实验中,他想用钩码的重力表示小车受到的合外力,为了减小这种做法带来的实验误差,你认为在实验中应该采取的两项措施是:
① ______________;② _______________。
(2)利用上述实验中得到的一条纸带,来探究动能定理,除根据纸带测出位移,求出速度外,还需测量的物理量有_________。
3、在牛顿第二定律公式F=kma中,比例系数k的数值().
(A)在任何情况下都等于1
(B)是由质量m、加速度a利力F三者的大小所决定的
(C)是由质量m、加速度a和力F三者的单位所决定的
(D)在国际单位制中一定等于1
4、力F1单独作用在物体A上时产生的加速度为a1=5m/s2,力F2单独作用在物体A上时产生的加速度为a2=-1m/s2.那么,力F1和F2同时作用在物体A上时产生的加速度a的范围是().
(A)0≤a≤6m/s2B)4m/s2≤a≤5m/s2
(C)4m/s2≤a≤6m/s2(D)0≤a≤4m/s2
5、物体P置于水平面上,用轻细线跨过质量不计的光滑定滑轮连接一个重力G=10N的重物,物体P向右运动的加速度为a1;若细线下端不挂重物,而用F=10N的力竖直向下拉细线下端,这时物体P的加速度为a2,则().
(A)a1>a2(B)a1=a2
(C)a1 6、在做“验证牛顿第二定律”的实验时(装置如图所示): (1)下列说法中正确的是(). (A)平衡运动系统的摩擦力时,应把装砂的小桶通过定滑轮拴在小车上 (B)连接砂桶和小车的轻绳应和长木板保持平行 (C)平衡摩擦力后,长木板的位置不能移动 (D)小车应靠近打点计时器,且应先接通电源再释放小车 (2)研究在作用力F一定时,小车的加速度a与小车质量M的关系,某位同学设计的实验步骤如下: (A)用天平称出小车和小桶及内部所装砂子的质量. (B)按图装好实验器材. (C)把轻绳系在小车上并绕过定滑轮悬挂砂桶. (D)将打点计时器接在6V电压的蓄电池上,接通电源,放开小车,打点计时器在纸带上打下一系列点,并在纸带上标明小车质量.. (E)保持小桶及其中砂子的质量不变,增加小车上的砝码个数,并记录每次增加后的M值,重复上述实验. (F)分析每条纸带,测量并计算出加速度的值. (G)作a-M关系图像,并由图像确定a、M关系. ①该同学漏掉的重要实验步骤是______,该步骤应排在______步实验之后. ②在上述步骤中,有错误的是______,应把______改为______.③在上述步骤中,处理不恰当的是______,应把______改为______. 7、如图所示,在固定的光滑水平地面上有质量分别为mA和mB的木块A、B.A、B之间用轻质弹簧相连接,用水平向右的外力F推A,弹簧稳定后,A、B一起向右作匀加速直线运动,加速度为a以向右为正方向.在弹簧稳定后的某时刻,突然将外力F撤去,撤去外力的瞬间,木块A的加速度是aA=______,小块B的加速度是aB=______. 8、在粗糙的水平面上,物体在水平推力作用下由静止开始作匀加速直线运动,作用一段时间后,将水平推力逐渐减小到零,则在水平推力逐渐减小到零的过程中().(A)物体速度逐渐减小,加速度逐渐减小 (B)物体速度逐渐增大,加速度逐渐减小 (C)物体速度先增大后减小,加速度先增大后减小 (D)物体速度先增大后减小,加速度先减小后增大 9、.如图所示,均匀板可绕中点O转动,两人站在板上时,板恰能水平静止,AO=2BO.若两人在板上同时开始作初速为零的匀加速运动,板仍保持静止,关于人1和人2的运动方向,加速度的大小,下列判断中正确的是(). (A)相向运动,a1: a2=1: 4(B)相背运动,a1: a2=2: 1 (C)相向运动,a1: a2=2: 1(D)相背运动,a1: a2=4: 1 10、如图所示,质量不等的木块A和B的质量分别为m1和m2,置于光滑的水平面上.当水平力F作用于左端A上,两物体一起作匀加速运动时,A、B间作用力大小为F1.当水平力F作用于右端B上,两物体一起作匀加速运动时,A、B间作用力大小为F2,则(). (A)在两次作用过程中,物体的加速度的大小相等 (B)在两次作用过程中,F1+F2 (C)在两次作用过程中,F1+F2=F (D)在两次作用过程中, 11、“探究加速度与物体质量、物体受力的关系”的实验装置如图甲所示。 (1)在平衡小车与桌面之间摩擦力的过程中,打出了一条纸袋如图乙所示。 计时器打点的时间间隔为0.02s.从比较清晰的点起,每5个点取一个计数点,量出相邻计数点之间的距离。 该小车的加速度a=______m/s2.(结果保留两位有效数字) (2)平衡摩擦力后,将5个相同的砝码都放在小车上.挂上砝码盘,然后每次从小车上取一个砝码添加到砝码盘中,测量小车的加速度。 小车的加速度a与砝码盘中砝码总重力F的实验数据如下表: 砝码盘中砝码总重力F(N) 0.196 0.392 0.588 0.784 0.980 加速度a(m·s-2) 0.69 1.18 1.66 2.18 2.70 请根据实验数据作出a-F的关系图像. (3)根据提供的试验数据作出的 -F图线不通过原点,请说明主要原因。 12、现要验证“当质量一定时,物体运动的加速度与它所受的合外力成正比”这一物理规律。 给定的器材如下: 一倾角可以调节的长斜面(如图)、小车、计时器一个、米尺。 ⑴填入适当的公式或文字,完善以下实验步骤(不 考虑摩擦力的影响): ①让小车自斜面上方一固定点A1从静止开始下滑到斜面底端A2,记下所用的时间t。 ②用米尺测量A1与A2之间的距离s,则小车的加速度a=。 ③用米尺测量A1相对于A2的高度h。 设小车所受重力为mg,则小车所受的合外力F=。 ④改变,重复上述测量。 ⑤以h为横坐标,1/t2为纵坐标,根据实验数据作图。 如能得到一条过原点的直线,则可验证“当质量一定时,物体运动的加速度与它所受的合外力成正比”这一规律。 ⑵在探究如何消除上述实验中摩擦阻力影响的过程中,某同学设计的方案是: ①调节斜面倾角,使小车在斜面上匀速下滑。 测量此时A1点相对于斜面底端A2的高度h0。 ②进行⑴中的各项测量。 ③计算与作图时用(h-h0)代替h。 对此方案有以下几种评论意见: A.方案正确可行。 B.方案的理论依据正确,但利用所给的器材无法确定小车在斜面上是否做匀速运动。 C.方案的理论依据有问题,小车所受摩擦力与斜面倾角有关。 其中合理的意见是。 13、某同学设计了一个探究小车的加速度a与小车所受拉力F及质量m关系的实验,图(a)为实验装置简图.(所用交变电流的频率为50Hz) (1)图(b)为某次实验得到的纸带,实验数据如图,图中相邻计数点之间还有4个点未画出,根据纸带可求出小车的加速度大小为m/s2.(保留三位有效数字) (2)保持砂和砂桶质量不变,改变小车质量m,分别得到小车加速度a与质量m及对应的 ,数据如下表: 实验次数 1 2 3 4 5 6 7 8 小车加速度a/m·s–2 0.633 0.572 0.497 0.418 0.332 0.250 0.167 0.101 小车质量m/kg 0.25 0.29 0.33 0.40 0.50 0.71 1.00 1.67 小车质量倒数 4.00 3.45 3.03 2.50 2.00 1.41 1.00 0.60 请在方格坐标纸中画出 图线, 并从图线求出小车加速度a与质量倒数 之间的关系式是. (3)保持小车质量不变,改变砂和砂桶质量,一位同学根据实验数据 作出了加速度a随拉力F的变化图线如图所示。 该图线不通过原点,其主要原因 是______________________________________. 14、在探究牛顿第二定律实验中,得到以下数据: 物体质量不变时,加速度a与物体所受合力F的对应数据如表1;物体所受合力不变时,加速度a和物体质量的倒数1/M的对应数据如表2。 表1表2 a(m·s—2) 1.0 2.0 4.0 6.0 8.1 F(N) 0.5 1.0 2.0 3.0 4.0 a(m·s—2) 1.0 2.0 2.7 3.0 4.0 0.25 0.50 0.69 0.80 1.0 (1)分别画出a~F图象和a~1/M图象。 (2)由a~F图象得到的结论是; 由a~1/M图象得到的结论是 15、(1)将打点计时器固定在斜面上某处,一小车拖着穿过打点计时器的纸带从斜面上滑下,如图所示是打出的纸带的一段.当电源频率为50Hz时,每隔0.1s取一个计数点,它们是图中a、b、c、d、e、f等点,这段时间内加速度的平均值是____________(取两位有效数字).若电源频率高于50Hz,但计算仍按50Hz计算,其加速度数值将____________(填“偏大”、‘‘偏小’’或“相同”). (2)为了求出小车在下滑过程中所受的阻力,除需要测出小车的质量m外,还需要测量的物理量是_____________________________________________,用测得的量及加速度a表示的阻力的计算式为f=__________________________. 16、某探究性学习小组欲探究光滑斜面上物体下有的加速度与物体质量及斜面倾角是否有关。 实验室提供如下器材: (A)表面光滑的长木板(长度为L), (B)小车, (C)质量为m的钩码若干个, (D)方木块(备用于垫木板), (E)米尺, (F)秒表。 (1)实验过程: 第一步,在保持斜面倾角不变时,探究加速度与质量的关系。 实验中,通过向小车放入钩码来改变物体质量,只要测出小车由斜面顶端滑至底端所用时间t,就可以由公式a=__________求出a。 某同学记录了数据如右表所示: 根据以上信息,我们发现,在实验误差范围内质量改变之后平均下滑时间__________(填“改变”或“不改变”),经过分析得出加速度与质量的关系为__________。 第二步,在物体质量不变时,探究加速度与倾角的关系。 实验中通过改变方木块垫放位置来调整长木板的倾角,由于没有量角器,因此通过测量出木板顶端到水平面高度h,求出倾角的正弦值sin=h/L。 某同学记录了高度和加速度的对应值,并在坐标纸上建立适当的坐标轴后描点作图如下, 请根据他所作的图线求出当地的重力加速度g=__________m/s2。 进一步分析可知,光滑斜面上物体下滑的加速度与倾角的关系为__________。 (2)该实验小组所采用的探究方法是__________。 17、⑴某同学在做“探究小车速度随时间变化规律”的实验时,打点计时器所用电源的频率是50Hz,在实验中得到一条点迹清晰的纸带,他把某一点记作O,再选依次相邻的6个点作为测量点,分别标以A、B、C、D、E和F,如下图所示. ①如果测得C、D两点相距2.70cm,D、E两点相距2.90cm,则在打D点时小车的速度是 ②该同学分别算出打各点时小车的速度,然后根据数据在v-t坐标系中秒点(如图所示),由此可求得小车的加速度a=m/s2. (2)①通过对加速度的分析,我们知道,影响物体加速度的因素是它受到的力及它的质量.为了探究加速度与力、质量的定量关系,简要说明设计实验时如何应用控制变量法: ②为了研究加速度与力的关系,某同学进行了以下实验: 把两辆相同的小车并排放在光滑水平长木板上,用不同的水平拉力F1、F2牵引两辆小车,让它们同时由静止开始做匀加速直线运动,一段时间后通过拴在两小车后的细线使小车同时停止运动,测量出小车的运动位移S1、S2. 该同学认为这样就可以找出加速度与力的关系. 你认为该同学的想法是否正确? 请说明理由. ___________________ 18、为了探究受到空气阻力时,物体运动速度随时间的变化规律,某同学采用了“加速度与物体质量、物体受力关系”的实验装置(如图所示)。 实验时,平衡小车与木板之间的摩擦力后,在小车上安装一薄板,以增大空气对小车运动的阻力。 (1)往砝码盘中加入一小砝码,在释放小车▲(选填“之前”或“之后”)接通打点计时器的电源,在纸带上打出一系列的点。 (2)从纸带上选取若干计数点进行测量,得出各计数点的时间t与速度v的数据如下表: 请根据实验数据作出小车的v-t图像。 (3)通过对实验结果的分析,该同学认为: 随着运动速度的增加,小车所受的空气阻力将变大,你是否同意他的观点? 请根据v-t图象简要阐述理由。 19、 (1)某同学通过以下步骤测出了从一定高度落下的排球对地面的冲击力: 将一张白纸铺在水平地面上,把排球在水里弄湿,然后让排球从规定的高度自由落下,并在白纸上留下球的水印。 再将印有水印的白纸铺在台秤上,将球放在纸上的水印中心,缓慢地向下压球,使排球与纸接触部分逐渐发生形变直至刚好遮住水印,记下此时台秤的示数即为冲击力的最大值。 下列物理学习或研究中用到的方法与该同学的方法相同的是() A.建立“合力与分力”的概念B.建立“点电荷”的概念 C.建立“瞬时速度”的概念D.研究加速度与合力、质量的关系 (2)在“探究”加速度与力、质量的关系的实验中,采用如图A所示的实验装置,小车及车中砝码的质量用M表示,盘及盘中砝码的质量用m表示,小车的加速度可由小车后拖动的纸带由打点计时器打出的点计算出. ①当M与m的大小关系满足时,才可以认为绳对小车的拉力大小等于盘和盘中砝码的重力. ②一组同学在做加速度与质量的关系实验时,保持盘及盘中砝码的质量一定,改变小车及车中砝码的质量,测出相应的加速度.采用图象法处理数据.为了比较容易地检查出加速度a与质量M的关系,应该做a与_______的图象. ③如图B所示为甲同学根据测量数据作出的a—F图象,说明实验存在的问题是. ④乙、丙同学用同一装置做实验,画出了各自得到的a-F图象如图C所示,两个同学做实验时的哪一个物理量取值不同__________. 20、在验证牛顿第二定律的实验中,用改变砂的质量的办法来改变对小车的作用力F,用打点计时器测出小车的加速度a,得出若干组F和a的数据。 然后根据测得的数据作出如图所示的a-F图线,发现图线既不过原点,又不是直线,原因是 A.没有平衡摩擦力,且小车质量较大 B.平衡摩擦力时,所垫木板太高,且砂和小桶的质量较大 C.平衡摩擦力时,所垫木板太低,且砂和小桶的质量较大 D.平衡摩擦力时,所垫木板太高,且小车质量较大 21、在做验证牛顿第二定律的实验时,某学生将实验装置按如图安装,而后就接通源开始做实验,他有三个明显的错误: (1)____________; (2)____________;(3)____________。 答案: 1、 (1)BC (2)D(3)D 2、 (1)①平衡摩擦力②钩码的质量远小于小车的质量 (2)钩码的质量和小车的质量 3、CD 4、C 5、C 6、 (1)BCD (2) 平衡摩擦力,B D,蓄电池,学生电源G,a-M, 7、 ,a 8、D 9、BC 10、ACD 11、 (1)0.16(0.15也算对); (2)(见图);(3)未计入砝码盘的重力。 12、⑴② ③ ④斜面倾角(或填h的数值) ⑵C 13、 (1)0.510 (2)略(3)没有平衡摩擦力 14、 (1)如图所示 (2)物体的加速度与物体所受的合力成正比 物体的加速度与物体的质量成反比 15、 (1)0.8m/s2(0.8~0.82范围均正确)偏小 (2)斜面的高h与斜面的长L(或斜面的倾角θ) 16、 (1)a= ,不改变,9.81,a=gsin, (2)控制变量法 17、⑴ 1.40(2分)5.00(2分) (2)①保持小车受力不变,改变小车质量(1分)研究小车加速度与小车质量的关系(1分)保持小车质量不变,改变小车所受的力(1分)研究小车加速度与小车受力的关系(1分).②这个实验方案是可行的(1分)根据匀变速直线运动的位移公式,s=1/2at2,运动时间相同,物体运动的位移与物体运动的加速度成正比(1分)可以把研究a与F的关系,转化为研究s与F的关系(1分) 18、 19、 (1)A (2) 20、C 21、 (1)没有平衡摩擦力; (2)不应挂钩码,应挂装有砂子的小桶;(3)细线太长悬挂物离地面太近。
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