牛顿第二定律实验练习题 1.关于“验证牛顿运动定律”的实验,下列说法中符合实际的是 A.通过同时改变小车的质量m及受到的拉力F的研究,能归纳出加速度、力、质量三者之间的 关系 B.通过保持小车质量不变,只改变小车的拉力的研究,就可以归纳出加速度、力、质量三者之间 的关系 C.通过保持小车受力不变,只改变小车质量的研究,就可以得出加速度、力、质量三者之间的关 系 D.先不改变小车质量,研究加速度与力的关系:再不改变受力,研究加速度与质量的关系,最后 归纳出加速度、力、质量三者之间的关系 2.如图所示,在探究牛顿运动定律的演示实验中,若1、2两个相同的小车所受拉力分别为F1、F2, 车中所放砝码的质量分别为m、m,打开夹子后经过相同的时间两车的位移分别为x1、x2,则在 实验误差允许的范围内,有() A.当m=m2、F1=2F2时,x1=2x2 当m=m、F1=2F2时,x2=2x C.当m1=2m、F1=F2时,x1=2x D.当m1=2m、F1=F2时 3.若测得某一物体质量m一定时,a与F的有关数据资料如下表 ms 1002.00300 (1)根据表中数据,画出a-F图象 12.00 10.00 8.00 6.00 4.00 2.00 1.002.003.004.00F/N (2)根据图象判定:当m一定时,a与F的关系为 (3)若甲、乙两同学在实验过程中,由于没有按照正确步骤进行实验, 处理数据后得出如图所示的a-F图象 试分析甲、乙两同学可能存在的问题 甲 4.某同学设计了一个探究加速度a与物体所受合力F及质量m关系的实验,图(a所示为实验装置简 图.(交流电的频率为50Hz) 纸带<电火花计时器 纸带运动方向 6.196.707 (1)图(b)所示为某次实验得到的纸带,根据纸带可求出小车的加速度大小为 m/s2(保留两位 有效数字)
牛顿第二定律实验练习题 1.关于“验证牛顿运动定律”的实验,下列说法中符合实际的是 ( ) A.通过同时改变小车的质量 m 及受到的拉力 F 的研究,能归纳出加速度、力、质量三者之间的 关系 B.通过保持小车质量不变,只改变小车的拉力的研究,就可以归纳出加速度、力、质量三者之间 的关系 C.通过保持小车受力不变,只改变小车质量的研究,就可以得出加速度、力、质量三者之间的关 系 D.先不改变小车质量,研究加速度与力的关系;再不改变受力,研究加速度与质量的关系,最后 归纳出加速度、力、质量三者之间的关系 2.如图所示,在探究牛顿运动定律的演示实验中,若 1、2 两个相同的小车所受拉力分别为 F1、F2, 车中所放砝码的质量分别为 m1、m2,打开夹子后经过相同的时间两车的位移分别为 x1、x2,则在 实验误差允许的范围内,有( ) A.当 m1=m2、F1=2F2 时,x1=2x2 B.当 m1=m2、F1=2F2 时,x2=2x1 C.当 m1=2m2、F1=F2 时,x1=2x2 D.当 m1=2m2、F1=F2 时,x2=2x1 3.若测得某一物体质量 m 一定时,a 与 F 的有关数据资料如下表所示: a/(m·s -2 ) 1.98 4.06 5.95 8.12 F/N 1.00 2.00 3.00 4.00 (1)根据表中数据,画出 a-F 图象. (2)根据图象判定:当 m 一定时,a 与 F 的关系为______________ (3)若甲、乙两同学在实验过程中,由于没有按照正确步骤进行实验, 处理数据后得出如图所示的 a-F 图象. 试分析甲、乙两同学可能存在的问题: 甲:_____________________________________________________ 乙:_____________________________________________________ 4.某同学设计了一个探究加速度 a 与物体所受合力 F 及质量 m 关系的实验,图(a)所示为实验装置简 图.(交流电的频率为 50 Hz) (1)图(b)所示为某次实验得到的纸带,根据纸带可求出小车的加速度大小为________m/s2 .(保留两位 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及对应的一数据如 小车加速度 a/ms 1.901.721.491.251.000.750.500.30 小车质量 0.250290.330400.500.711.00167 03.453032.502 a/(ms 2) 请在下图所示的坐标纸中画出a图线,并由图线求出小车加 速度a与质量倒数一之间的关系式是 5.为了探究加速度与力的关系,使用如图所示的气垫导轨装置进行样年年年 实验,其中G、G2为两个光电门,它们与数字计时器相连,当滑主 行器通过G1、G2光电门时,光束被遮挡的时间△、△都可以被 测量并记录,滑行器连同上面固定的一条形挡光片的总质量为M, 挡光片宽度为D,光电门间距离为x,牵引砝码的质量为m回答 下列问题 挡光片 M (1)实验开始应先调节气垫导轨下面的螺钉,使气垫导轨水平,在不增加其他仪器的情况下,如何 判定调节是否到位? 答 (2)若取M=0.4kg,改变m的值,进行多次实验,以下m的取值不合适的一个是 g B. mm2=15 g C.m3=40g D.m4=400g (3)在此实验中,需要测得每一个牵引力对应的加速度,求得的加速度的表达式为 (用△、M、D、x表示) 6.在用DIS研究小车加速度与外力的关系时,某实验小组先用如图(a)所示的实验装置,重物通过 滑轮用细线拉小车,位移传感器(发射器)随小车一起沿倾斜轨道运动,位移传感器(接收器)固 定在轨道一端.实验中把重物的重力作为拉力F,改变重物重力重复实验四次,列表记录四组数据 2.01 2.98 4.026.00位移传感器 (发射器) 1.00 3.00 5.00 (1)在坐标纸上作出小车加速度a和拉力F的关系图线:另 a/ms-2 6.0 4.0 图(a) 2.0 10203.04.0 (2)从所得图线分析该实验小组在操作过程中的不当之处是
(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1 m 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 1.90 1.72 1.49 1.25 1.00 0.75 0.50 0.30 小车质量 m/kg 0.25 0.29 0.33 0.40 0.50 0.71 1.00 1.67 1 m /kg-1 4.00 3.45 3.03 2.50 2.00 1.41 1.00 0.60 请在下图所示的坐标纸中画出 a- 1 m 图线,并由图线求出小车加 速度a与质量倒数1 m 之间的关系式是________________________ 5.为了探究加速度与力的关系,使用如图所示的气垫导轨装置进行 实验.其中 G1、G2 为两个光电门,它们与数字计时器相连,当滑 行器通过 G1、G2 光电门时,光束被遮挡的时间 Δt1、Δt2 都可以被 测量并记录,滑行器连同上面固定的一条形挡光片的总质量为 M, 挡光片宽度为 D,光电门间距离为 x,牵引砝码的质量为 m.回答 下列问题: (1)实验开始应先调节气垫导轨下面的螺钉,使气垫导轨水平,在不增加其他仪器的情况下,如何 判定调节是否到位? 答:____________________________________________________________________ (2)若取 M=0.4 kg,改变 m 的值,进行多次实验,以下 m 的取值不合适的一个是 A.m1=5 g B.m2=15 g C.m3=40 g D.m4=400 g (3)在此实验中,需要测得每一个牵引力对应的加速度,求得的加速度的表达式为 ______________________________(用 Δt1、Δt2、D、x 表示) 6.在用 DIS 研究小车加速度与外力的关系时,某实验小组先用如图(a)所示的实验装置,重物通过 滑轮用细线拉小车,位移传感器(发射器)随小车一起沿倾斜轨道运动,位移传感器(接收器)固 定在轨道一端.实验中把重物的重力作为拉力 F,改变重物重力重复实验四次,列表记录四组数据. (1)在坐标纸上作出小车加速度 a 和拉力 F 的关系图线; (2)从所得图线分析该实验小组在操作过程中的不当之处是:__________________________; a/ms-2 2.01 2.98 4.02 6.00 F/N 1.00 2.00 3.00 5.00 3.0 a/ms-2 1.0 0 2.0 4.0 2.0 6.0 4.0 0 F/N 位移传感器 (接收器) 小车 位移传感器 (发射器) 重物 轨道 图(a)
(3)如果实验时,在小车和重物之间接一个不计质量的微型力传感器,如图(b)所示.从理论上 分析,该实验图线的斜率将 (填“变大”,“变小”,“不变”) 位移传感器 (接收器)位移传感器 轨道 力传感器 图(b) 重物 7.如图所示的实验装置可以验证牛顿运动定律,小车上固定一个盒子,盒子内盛有沙子.沙桶的 总质量(包括桶以及桶内沙子质量)记为m,小车的总质量(包括车、盒子及盒内沙子质量)记为M 沙子 打点计时器 沙桶 (1)验证在质量不变的情况下,加速度与合外力成正比:从盒子中取出一些沙子,装入沙桶中, 称量并记录沙桶的总重力mg,将该力视为合外力F,对应的加速度a则从打下的纸带中计算得 出.多次改变合外力F的大小,每次都会得到一个相应的加速度.本次实验中,桶内的沙子取自 小车中,故系统的总质量不变.以合外力F为横轴,以加速度a为纵轴,画出a-F图象,图象 是一条过原点的直线 ①a-F图象斜率的物理意义是 ②你认为把沙桶的总重力mg当作合外力F是否合理? (填“合理”或“不合理”) ③本次实验中,是否应该满足M>m这样的条件? 答 (填“是”或“否”); 理由是 (2)验证在合外力不变的情况下,加速度与质量成反比:保持桶内沙子质量皿不变,在盒子内添加或 去掉一些沙子,验证加速度与质量的关系.本次实验中,桶内的沙子总质量不变,故系统所受的合外 力不变.用图象法处理数据时,以加速度a为纵横,应该以倒数为横轴
(3)如果实验时,在小车和重物之间接一个不计质量的微型力传感器,如图(b)所示.从理论上 分析,该实验图线的斜率将___________.(填“变大”,“变小”,“不变”) 7.如图所示的实验装置可以验证牛顿运动定律,小车上固定一个盒子,盒子内盛有沙子.沙桶的 总质量(包括桶以及桶内沙子质量)记为 m,小车的总质量(包括车、盒子及盒内沙子质量)记为 M. (1)验证在质量不变的情况下,加速度与合外力成正比:从盒子中取出一些沙子,装入沙桶中, 称量并记录沙桶的总重力 mg,将该力视为合外力 F,对应的加速度 a 则从打下的纸带中计算得 出.多次改变合外力 F 的大小,每次都会得到一个相应的加速度.本次实验中,桶内的沙子取自 小车中,故系统的总质量不变.以合外力 F 为横轴,以加速度 a 为纵轴,画出 a-F 图象,图象 是一条过原点的直线. ①a-F 图象斜率的物理意义是_________________________________________. ②你认为把沙桶的总重力 mg 当作合外力 F 是否合理? 答:________.(填“合理”或“不合理”) ③本次实验中,是否应该满足 M≫m 这样的条件? 答:________(填“是”或“否”); 理由是______________________________________________________. (2)验证在合外力不变的情况下,加速度与质量成反比:保持桶内沙子质量 m 不变,在盒子内添加或 去掉一些沙子,验证加速度与质量的关系.本次实验中,桶内的沙子总质量不变,故系统所受的合外 力不变.用图象法处理数据时,以加速度 a 为纵横,应该以______倒数为横轴. 位移传感器 (接收器) 小车 力传感器 位移传感器 (发射器) 重物 轨道 图(b)
参考答案 1解析:验证牛顿运动定律的实验,是利用控制变量法,探究加速度a与合外力F、物体质量m的关系, 故D项正确 答案:D 2解析:当m1=m、F=2F2时,由F=m可知,a1=2a,再由x=-ar2可得:x=2x,故A正确,B错 误;当m=2m、F1=F2时,a1=如a2,再由x=ar可得:x1=x2,故C错误,D正确 答案:AD 3解析:(1)若α与F成正比,则图象是一条过原点的直线.同时,因实验中不可避免地出现误差,研究误 差产生的原因,从而减小误差,增大实验的准确性,则在误差允许范围内图象是一条过原点的直线即可.连 线时应使直线过尽可能多的点,不在直线上的点应大致对称地分布在直线两侧,离直线较远的点应视为错 误数据,不予以考虑.描点画图如图所示 (2)由图可知a与F的关系是正比例关系 12.00 (3)图中甲在纵轴上有较大截距,说明绳对小车拉力为零时小车就80 有加速度0,可能是平衡摩擦力过度所致.乙在横轴上有截距,40 可能是实验前没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不够 F 答案:(1)见解析(2)正比例关系 (3)平衡摩擦力时木板抬的过高没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不够 4解析:(1)由逐差法得 (x3+x4)-(x+ (47)2 =(72+2)-(0+619×10m 16×0.022 ≈3.2m/s2 (2)如图所示,a-2m N 2001 100日 答案:见解析 5解析:(1)如果气垫导轨水平,则不挂砝码时,M应能在任意位置静止不动,或推动M后能使M匀速运
参考答案 1.解析:验证牛顿运动定律的实验,是利用控制变量法,探究加速度 a 与合外力 F、物体质量 m 的关系, 故 D 项正确. 答案:D 2.解析:当 m1=m2、F1=2F2 时,由 F=ma 可知,a1=2a2,再由 x= 1 2 at2 可得:x1=2x2,故 A 正确,B 错 误;当 m1=2m2、F1=F2 时,a1= 1 2 a2,再由 x= 1 2 at2 可得:x1= 1 2 x2,故 C 错误,D 正确. 答案:AD 3.解析:(1)若 a 与 F 成正比,则图象是一条过原点的直线.同时,因实验中不可避免地出现误差,研究误 差产生的原因,从而减小误差,增大实验的准确性,则在误差允许范围内图象是一条过原点的直线即可.连 线时应使直线过尽可能多的点,不在直线上的点应大致对称地分布在直线两侧,离直线较远的点应视为错 误数据,不予以考虑.描点画图如图所示. (2)由图可知 a 与 F 的关系是正比例关系. (3)图中甲在纵轴上有较大截距,说明绳对小车拉力为零时小车就 有加速度 a0,可能是平衡摩擦力过度所致.乙在横轴上有截距, 可能是实验前没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不够. 答案:(1)见解析 (2)正比例关系 (3)平衡摩擦力时木板抬的过高 没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不够 4.解析:(1)由逐差法得 a= a = (x3+x4)-(x1+x2) (4T) 2 = [(7.72+7.21)-(6.70+6.19)]×10-2 16×0.022 m/s2 ≈3.2 m/s2 (2)如图所示,a= 1 2m N 答案:见解析 5.解析:(1)如果气垫导轨水平,则不挂砝码时,M 应能在任意位置静止不动,或推动 M 后能使 M 匀速运 动.
(2)应满足M》m,故m=400g不合适 (3)由v1=D,2=D △b,2=012=2ax D 可得:a=-2 答案:(1)取下牵引砝码,M放在任意位置都不动;或取下牵引砝码,轻推滑行器M,数字计时器 记录每一个光电门的光束被挡的时间△t都相等 D (3)a E■■■■■ 6.(1) 040 (2)倾角过大观察图像可以发现,当外力为零时,加速度a不 等于0,说明在平衡摩擦力时轨道倾角过大,使得重力沿斜面向下的分力大于摩擦力。(3)变大本实 验中,以重物重力mg作为外力F,其实是整体的合力即a=F/M+m),图像斜率为1/M+m)换用力传感 器后,拉力F只是小车的合力此时a=FM,斜率1M,所以斜率变大 解析:(1)将车内的沙子转移到桶中,就保证了M+m不变,即系统的总质量不变,研究对象是整个系统, a=F/(M+m)=mg/(M+m),可见a-F图象斜率的物理意义是1/(M+m),系统的合外力就等于所悬挂沙 桶的重力mg,不必满足M>m这样的条件 (2)向小车内添加或去掉部分沙子,是改变系统的总质量M+m,而系统的合外力仍等于所悬挂沙桶的重力 mg,保证了合外力不变 答案:(1)①1/(M+m)②合理③否因为实验的研究对象是整个系统,系统受到的合外力就等于 mg (2)M+m
(2)应满足 M≫m,故 m4=400 g 不合适. (3)由 v1= D Δt1 ,v2= D Δt2 ,v2 2-v1 2=2ax 可得:a= ( D Δt2 ) 2-( D Δt1 ) 2 2x . 答案:(1)取下牵引砝码,M 放在任意位置都不动;或取下牵引砝码,轻推滑行器 M,数字计时器 记录每一个光电门的光束被挡的时间 Δt 都相等 (2)D (3)a= ( D Δt2 ) 2-( D Δt1 ) 2 2x 6. (1) (2)倾角过大 观察图像可以发现,当外力为零 时,加速度 a 不 等于 0,说明在平衡摩擦力时轨道倾角过大,使得重力沿斜面向下的分力大于摩擦力。 (3)变大 本实 验中,以重物重力 mg 作为外力 F,其实是整体的合力即 a=F/(M+m) ,图像斜率为 1/(M+m) 换用力传感 器后,拉力 F 只是小车的合力此时 a=F/M ,斜率 1/M ,所以斜率变大。 7.解析:(1)将车内的沙子转移到桶中,就保证了 M+m 不变,即系统的总质量不变,研究对象是整个系统, a=F 合/(M+m)=mg/(M+m),可见 a-F 图象斜率的物理意义是 1/(M+m),系统的合外力就等于所悬挂沙 桶的重力 mg,不必满足 M≫m 这样的条件. (2)向小车内添加或去掉部分沙子,是改变系统的总质量 M+m,而系统的合外力仍等于所悬挂沙桶的重力 mg,保证了合外力不变. 答案:(1)①1/(M+m) ②合理 ③否 因为实验的研究对象是整个系统,系统受到的合外力就等于 mg (2)M+m