第四章運動和力的關系專題強化實驗：驗證牛頓第二定律1.進一步理解探究加速度與力、質量的關系的實驗方法.2.會利用牛頓第二定律分析實驗數(shù)據(jù)和實驗誤差.【學習目標】【內容索引】探究重點提升素養(yǎng)專題強化練TANJIUZHONGDIAN

TISHENGSUYANG探究重點提升素養(yǎng)1在“驗證牛頓第二定律”實驗中需注意以下幾個方面：1.補償阻力：適當墊高木板的右端，使小車的重力沿斜面方向的分力正好平衡小車和紙帶受到的阻力，在補償阻力時，不要把懸掛槽碼的細繩系在小車上，讓小車拉著打點的紙帶勻速運動.2.不重復補償阻力.3.實驗條件：小車的質量m遠大于槽碼的質量m′.4.一先一后一按：改變拉力和小車質量后，每次開始時小車應盡量靠近打點計時器，并應先接通電源，后釋放小車，且應在小車到達定滑輪前按住小車.5.作圖像時，要使盡可能多的點在所作直線上，不在直線上的點應盡可能對稱分布在所作直線兩側.6.作圖時兩軸標度比例要選擇適當.各量需采用國際單位.例1某實驗小組利用圖1所示的裝置探究加速度與力、質量的關系.(1)下列做法正確的是______(填字母代號)A.調節(jié)滑輪的高度，使牽引木塊的細繩

與長木板保持平行B.在調節(jié)木板傾斜度來補償木塊受到的

阻力時，將裝有砝碼的砝碼桶通過定

滑輪拴在木塊上C.實驗時，先放開木塊再接通打點計時器的電源D.通過增減木塊上的砝碼改變質量時，不需要重新調節(jié)木板傾斜度圖1AD解析實驗中細繩要保持與長木板平行，A項正確；補償阻力時不能將裝有砝碼的砝碼桶通過定滑輪拴在木塊上，B項錯誤；實驗時應先接通打點計時器的電源再放開木塊，C項錯誤；通過增減木塊上的砝碼改變質量時不需要重新補償阻力，D項正確.(2)為使砝碼桶及桶內砝碼的總重力在數(shù)值上近似等于木塊運動時受到的拉力，應滿足的條件是砝碼桶及桶內砝碼的總質量________木塊和木塊上砝碼的總質量.(選填“遠大于”“遠小于”或“近似等于”)遠小于(3)甲、乙兩同學在同一實驗室，各取一套上圖所示的裝置放在水平桌面上，木塊上均不放砝碼，在沒有補償阻力的情況下，研究加速度a與拉力圖2F的關系，分別得到圖2中甲、乙兩條直線.設甲、乙用的木塊質量分別為m甲、m乙，甲、乙用的木塊與木板間的動摩擦因數(shù)分別為μ甲、μ乙，由圖可知，m甲________m乙，μ甲________μ乙.(選填“大于”“小于”或“等于”)小于大于例2

某同學用如圖3所示的實驗裝置驗證牛頓第二定律，請回答下列有關此實驗的問題：(1)該同學在實驗前準備了圖中所示的實驗裝置及下列輔助器材：A.交變電源、導線 B.天平(含配套砝碼)C.秒表 D.刻度尺E.細線、砂和小砂桶其中不必要的器材是______(填代號)圖3C解析由于打點計時器就是一個計時裝置，所以不需要秒表.(2)打點計時器在小車拖動的紙帶上打下一系列點跡，以此記錄小車的運動情況，其中一部分紙帶上的點跡情況如圖4甲所示，已知打點計時器打點的時間間隔為0.02s，測得A點到B、C點的距離分別為x1＝5.99cm、x2＝13.59cm，則在打下點跡B時，小車運動的速度vB＝________m/s；小車做勻加速直線運動的加速度a＝______m/s2.(結果均保留三位有效數(shù)字)0.6801.61圖4(3)在驗證“質量一定，加速度a與合外力F的關系”時，某學生根據(jù)實驗數(shù)據(jù)作出了如圖乙所示的a－F圖像，其中圖線不過原點的原因是______________；圖線在末端彎曲的原因是__________________________________________________.補償阻砂和小砂桶的總質量m不遠小于小車力過度和砝碼的總質量M返回ZHUANTIQIANGHUALIAN專題強化練21.在做“探究加速度與力、質量的關系”的實驗中，保持小車和砝碼的總質量不變，測得小車的加速度a和拉力F的數(shù)據(jù)如表所示.基礎強化練圖112345F/N0.200.300.400.500.60a/(m·s－2)0.110.190.290.400.51(1)根據(jù)表中的數(shù)據(jù)在圖1所示的坐標系中作出a－F圖像.答案見解析圖解析根據(jù)所給數(shù)據(jù)在所給坐標系中準確描點，作出的a－F圖像如圖所示.12345(2)圖像斜率的物理意義是________________________.12345小車和砝碼總質量的倒數(shù)(3)小車和砝碼的總質量為______kg.123451(4)圖線(或延長線)在F軸上的截距的物理意義是_______________________.12345小車受到的阻力為0.1N解析由a－F圖像可知，當力F＝0.1N時，小車開始運動，說明小車受到的阻力為0.1N.2.(2021·南京市高一上期末)某同學利用如圖2甲裝置探究加速度與合外力的關系.12345圖2(1)對本實驗的操作，下列說法中正確的一項是________.A.實驗中無需測量盛放砝碼的托盤質量B.實驗中要調節(jié)滑輪的高度使小車和滑

輪間的細線與水平桌面平行C.補償阻力時，必須取下托盤和砝碼，

調整長木板的傾角，使小車拖著紙帶沿長木板勻速下滑D.讓小車靠近打點計時器，先釋放小車，后接通打點計時器的電源，打

出一條紙帶12345C解析實驗中是用砝碼和托盤的總重力代替拉力，所以砝碼和托盤的質量均要測量，故A錯誤；調節(jié)滑輪的高度使小車和滑輪間的細線與長木板平行，而不是與水平桌面平行，故B錯誤；12345補償阻力時，必須取下托盤和砝碼，調整長木板的傾角，使小車拖著紙帶沿長木板勻速下滑，故C正確；小車靠近打點計時器，先接通打點計時器的電源，后釋放小車，打出的紙帶點跡完整，故D錯誤.(2)如圖乙所示為實驗中得到紙帶的一段，相鄰兩計數(shù)點間還有四個點沒有畫出.已知交流電的頻率為50Hz，則相鄰兩計數(shù)點間的時間隔為______s，小車的加速度為________m/s2(保留兩位有效數(shù)字).123450.10.41(3)以加速度a為縱坐標，F(xiàn)為橫坐標，畫出a－F圖像，如圖丙所示.若求得圖線的斜率為k，則小車的質量為_____.123453.某同學利用圖3所示的實驗裝置做“探究加速度與力、質量的關系”的實驗.(1)圖4為實驗中打出的一條紙帶的一部分，紙帶上標出了連續(xù)的5個計數(shù)點，依次為A、B、圖312345C、D和E，相鄰計數(shù)點之間還有4個點沒有標出，已知打點計時器所使用的交變電源的頻率為50Hz.由紙帶量出相鄰的計數(shù)點之間的距離分別為xAB＝4.22cm、xBC＝4.65cm、xCD＝5.08cm、xDE＝5.49cm，打點計時器打下C點時，小車的速度大小為________m/s，小車的加速度大小為________m/s2.(結果均保留兩位有效數(shù)字)圖40.490.43解析相鄰兩計數(shù)點間的時間間隔T＝0.1s，C點的瞬時速度等于BD段的平均速度，故有：根據(jù)逐差法求得加速度大小為：12345(2)某同學探究“保持物體所受合外力不變，其加速度與質量的關系”時，作出如圖5所示的圖像，由圖像可知，小車受到的合外力的大小是________N.圖5123450.24.在“探究加速度與力、質量的關系”的實驗中，某同學使用了如圖6所示的裝置，木板放在水平桌面上，打點計時器打點頻率為50Hz.(1)實驗中得到如圖7所示的一段紙帶，每五個點取一個計數(shù)點，測得AB＝7.65cm，BC＝10.17cm，則實驗測出小車的加速度大小為______m/s2.圖612345圖72.52解析相鄰兩計數(shù)點間的時間間隔T＝0.1s小車的加速度大小為12345(2)若直接按題中所示裝置進行實驗，以沙和沙桶的總重力產(chǎn)生的拉力F為橫軸，通過紙帶分析得到的加速度a為縱軸，以下畫出的a－F圖像合理的是________.12345C解析若直接按題圖所示裝置進行實驗，沒有補償阻力，則當力F達到某一值時小車才有加速度，可知畫出的a－F圖像合理的是C.(3)實驗中，沙和沙桶的總重力________(填“大于”“小于”或“等于”)繩子對小車的拉力，為了讓沙和沙桶的總重力大小更接近繩子對小大于解析實驗中，我們認為繩子對小車的拉力的大小等于沙和沙桶(其總質量為m)的總重力的大小，而實際上繩子的拉力FT＝mg－ma，故繩子對小車的拉力小于沙和沙桶的總重力.為了讓沙和沙桶的總重力大小更接近繩子對小車的拉力大小，應讓沙和沙桶的總質量遠小于小車的質量.車的拉力，應讓沙和沙桶的總質量________(填“遠大于”或“遠小于”)小車的質量.遠小于12345(4)若第(2)問中四個圖像中的圖線(B、C圖線中的直線部分)的斜率為k，則小車的質量M＝_____.123455.(2020·山西省長治市第二中學高一開學考試)為了探究質量一定時加速度與力的關系，一同學設計了如圖8所示的實驗裝置.其中M為帶滑輪的小車的質量，m為砂和砂桶的質量.(滑輪質量不計)12345圖8(1)實驗時，一定要進行的操作是________.A.用天平測出砂和砂桶的質量B.將帶滑輪的長木板右端墊高，以補償阻力C.小車靠近打點計時器，先接通打點計時器的電源，再釋放小車，打出

一條紙帶，同時記錄彈簧測力計的示數(shù)D.改變砂和砂桶的質量，打出幾條紙帶E.為減小誤差，實驗中一定要保證砂和砂桶的質量m遠小于小車的質量M12345BCD12345解析本題拉力可以由彈簧測力計測出，不需要用天平測出砂和砂桶的質量，也就不需要使砂和砂桶的質量遠小于車的質量，故A、E錯誤；該題是彈簧測力計測出拉力，從而表示小車受到的合外力，應將帶滑輪的長木板右端墊高，以補償阻力，故B正確；12345小車靠近打點計時器，打點計時器使用時，都是先接通電源，待打點穩(wěn)定后再釋放紙帶，該實驗探究加速度與力和質量的關系，要記錄彈簧測力計的示數(shù)，故C正確；改變砂和砂桶的質量，即改變拉力的大小，打出幾條紙帶，研究加速度隨F變化的關系，故D正確.(2)該同學在實驗中得到如圖9所示的一條紙帶(兩計數(shù)點間還有兩個點沒有畫出)，已知打點計時器采用的是頻率為50Hz的交流電，根據(jù)紙帶可求出小車的加速度為________m/s2(結果保留兩位有效數(shù)字)