2022届物理高考一轮考点复习练：实验：验证牛顿第二定律 - 副本

验证牛顿第二定律考点同步练

非选择题

1．某实验小组探究小车的加速度与质量和合外力的关系时，用了图a所示的装置，设小车及砝码的质量为M，砂和砂桶的质量为m，则：

(1)本实验采用的实验方法是________。

A．控制变量法  B．转换法

C．理想实验法  D．等效替代法

(2)下列操作与说法正确的是________。

A．实验时，先放开小车，后接通电源

B．平衡摩擦力时，应将砂桶用细绳绕过定滑轮系在小车上

C．每次改变小车的质量时，不需要重新平衡摩擦力

D．在满足m≪M时，绳的拉力近似等于砂和砂桶的重力

(3)实验得到如图b所示的一条纸带，相邻两计数点的时间间隔为T，B、C间距为s2，D、E间距为s4，则小车加速度的表达式为a＝________(用T、s2、s4表示)。

2．在“探究加速度与力的关系”实验中，某小组设计了如图所示的实验装置。图中上下两层前端均固定有光滑滑轮，两相同小车前端各系一条细线，细线跨过定滑轮并挂上一个砝码盘，盘中可放砝码，小车Ⅱ所挂砝码和砝码盘的总质量是小车Ⅰ所挂砝码和砝码盘总质量的两倍。将砝码和砝码盘的总重力作为小车所受合外力，两小车尾部各系一条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，按下装置两小车同时立即停止。某次实验时小车Ⅰ的位移为s1，小车Ⅱ的位移为s2。

(1)为了减小实验误差，下列说法正确的是________。

A．实验之前将轨道倾斜来平衡摩擦力，平衡摩擦力时需要挂上砝码盘和砝码

B．实验之前将轨道倾斜来平衡摩擦力，平衡摩擦力时不需要挂上砝码盘和砝码

C．砝码盘和砝码的总质量应远大于小车的质量

D．砝码盘和砝码的总质量应远小于小车的质量

(2)若实验测得小车Ⅱ位移近似是小车Ⅰ位移的两倍，则可得实验结论：在质量一定的情况下，物体的加速度与所受到的合外力成________(填“正比”或“反比”)。

(3)由于实验中将砝码和砝码盘的总重力作为小车所受合外力的大小，因此s1和s2的实际大小关系是________。

A．2s1＞s2  B．2s1＝s2

C．2s1＜s2

3．实验小组的同学们在做“探究加速度与物体受力、物体质量关系”的实验时，采用如图甲所示的实验装置，让重物(砝码和托盘)通过细绳拖动小车在长木板上做匀加速直线运动。

(1)为了减小误差，实验前需要做好以下两项准备：

①调整垫片的位置，使小车在不受拉力作用时能拖动纸带在木板上做匀速直线运动。这样做是为了消除摩擦力的影响，使小车所受合外力F等于___________

_____；

②挑选合适的重物(砝码和托盘)，使小车质量M远大于重物(砝码和托盘)质量m。这样做是为了使小车匀加速运动时，小车所受拉力近似等于______________

__________。

(2)实验过程中，下列操作正确且必要的是________。

A．调节滑轮的高度，使牵引小车的细绳与长木板保持平行

B．先放开小车再接通打点计时器的电源

C．改变小车质量时，重新调节垫片的位置

(3)正确操作后，甲同学挑选出的一条纸带如图乙所示，图中A、B、C、D、E是按打点先后顺序依次选取的计数点，两个相邻的计数点之间的时间间隔均为0.10 s。现测出AB＝2.20 cm，AC＝6.40 cm，AD＝12.58 cm，AE＝20.80 cm，则打C点时小车的速度大小为________ m/s。(结果保留两位有效数字)

(4)甲、乙两同学各自保持小车质量M不变，改变重物质量m，进行实验。他们根据各自测得的实验数据画出了如图丙所示的加速度与物体所受合力关系的a­F图象，但他们得到了两条不同的图线，其原因是他们选取的________不同；他们可以得到的相同结论是：________________________________________。

4．某课外小组利用图甲装置探究物体的加速度与所受合力之间的关系，请完善如下主要实验步骤。

(1)用游标卡尺测量遮光条的宽度d如图乙所示，则d＝________ cm；

(2)安装好光电门，从图甲中读出两光电门之间的距离s＝________ cm；

(3)接通气源，调节气垫导轨，根据滑块通过两光电门的时间________(选填“相等”或“不相等”)可判断出导轨已调成水平；

(4)安装好其他器材，并调整定滑轮，使细绳水平；

(5)让滑块从光电门1的左侧由静止释放，用数字毫秒计测出遮光条经过光电门1和2的时间分别为Δt1和Δt2，计算出滑块的加速度a1＝_____________

___(用d、s、Δt1和Δt2表示)，并记录对应的拉力传感器的读数F1；

(6)改变重物质量，多次重复步骤(5)，分别计算出加速度a2、a3、a4、…，并记录对应的F2、F3、F4、…；

(7)在a­F坐标系中描点，得到一条通过坐标原点的倾斜直线，由此得出________________________________。

5．如图甲所示，一端带滑轮的木板固定在水平桌面上，利用钩码拉动滑块在木板上运动来测量木板和滑块间的动摩擦因数。

(1)下列操作中必要的有________。

A．调整定滑轮高度，使细绳与水平木板平行

B．将木板右端垫起一个高度

C．释放滑块的位置应尽量靠近打点计时器

D．钩码的质量远小于滑块的质量

(2)滑块在钩码拉动下带动纸带运动时打出的一条纸带如图乙所示，已知打点计时器接频率为f的交流电源，则滑块的加速度可表示为a＝________。

(3)若M为滑块的质量，m为钩码的质量，a为滑块的加速度，重力加速度为g，则木板和滑块间的动摩擦因数μ可表示为μ＝________________。

6．(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50 Hz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9.80 m/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)。

7．(2020·全国卷Ⅱ)一细绳跨过悬挂的定滑轮，两端分别系有小球A和B，如图所示。一实验小组用此装置测量小球B运动的加速度。

令两小球静止，细绳拉紧，然后释放小球，测得小球B释放时的高度h0＝0.590 m，下降一段距离后的高度h＝0.100 m；由h0下降至h所用的时间T＝0.730 s。由此求得小球B加速度的大小为a＝________ m/s2(保留3位有效数字)。

从实验室提供的数据得知，小球A、B的质量分别为100.0 g和150.0 g，当地重力加速度大小为g＝9.80 m/s2。根据牛顿第二定律计算可得小球B加速度的大小为a′＝________ m/s2(保留3位有效数字)。

可以看出，a′与a有明显差异，除实验中的偶然误差外，写出一条可能产生这一结果的原因：________________________。

8．(2016·全国卷Ⅲ)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0.010 kg。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s，绘制s­t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s­t图象如图b所示；由图b求出此时小车的加速度(保留两位有效数字)，将结果填入下表。

(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。

(5)利用a­n图象求得小车(空载)的质量为________ kg(保留两位有效数字，重力加速度取g＝9.8 m·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．a­n图线不再是直线

B．a­n图线仍是直线，但该直线不过原点

C．a­n图线仍是直线，但该直线的斜率变大

9．(2020·天津市十二区县重点学校一模)甲、乙、丙三个实验小组分别采用如图甲、乙、丙所示的实验装置，验证“当质量一定时，物体运动的加速度与它所受的合力成正比”这一物理规律。已知他们使用的小车完全相同，小车的质量为M，重物的质量为m，试回答下列问题：

(1)甲、乙、丙实验中，必须平衡小车和长木板之间的摩擦力的实验小组是________。

A．甲、乙、丙

B．甲、乙

C．甲、丙

(2)实验时，必须满足“M远大于m”的实验小组是________。

(3)实验时，甲、乙、丙三组同学的操作均完全正确，他们作出的a­F图线如图丁中A、B、C所示，则甲、乙、丙三组实验对应的图线依次是________。

10．(2020·江苏淮安六校联盟三调)如图甲为“用DIS(位移传感器、数据采集器、计算机)研究加速度与质量关系”的实验装置，轨道水平且光滑。

(1)在图示装置中，①是固定在小车上的位移传感器的发射器部分，②是位移传感器的接收部分。在该实验中采用控制变量法，保持小车所受拉力不变，用钩码所受的重力作为小车所受拉力，为了减小实验误差，应使钩码质量尽量________些。(选填“大”或“小”)

(2)改变小车的质量，多次重复测量，在某次实验中根据测得的多组数据可画出a­关系图线，如图乙所示。

①如果摩擦力不能忽略，则画出的a­图线为图乙中的________。(选填“A”“B”或“C”)

②如图丙所示，该实验中某同学画出的图线中EF段明显偏离直线，造成此误差的主要原因是________。

A．小车与轨道之间存在摩擦

B．轨道保持了水平状态

C．所挂钩码的总质量太大

D．所用小车的质量太大

11．(2020·四川成都调研)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1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)

(1)下列实验步骤正确的是________。

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，先释放小车，再接通电源，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．实验中不需要砂和砂桶的质量m远小于小车的质量M

(2)该同学在实验中得到如图2所示的一条纸带(两相邻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________ m/s2(结果保留两位有效数字)。

(3)如图3所示，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，图线与横坐标的夹角为θ，求得图线的斜率为k，则小车的质量为________。

A．2tanθ  B．tanθ

C.  D．k

12．(2020·江苏七市第二调)教材列出的木—木动摩擦因数为0.30，某实验小组采用如图甲所示的装置测量木块与木板间的动摩擦因数。实验中，木块在重锤的拉动下，沿水平长木板做匀加速运动。

(1)实验所用重锤质量为150 g左右，下列供选择的木块质量最合适的是________。

A．20 g  B．260 g

C．500 g  D．600 g

(2)关于实验操作和注意事项，下列说法正确的有________。

A．实验中先释放木块，后接通电源

B．调整定滑轮高度，使细线与板面平行

C．必须满足细线对木块拉力与重锤重力大小近似相等

D．木块释放位置到滑轮距离正常应在0.6 m左右

(3)实验得到的一条纸带如图乙所示，从某个清晰的点开始，每5个打点取一个计数点，依次标出0、1、2、3、4、5、6，测得点0与点3、点6间的距离分别为19.90 cm、54.20 cm，计时器打点周期为0.02 s，则木块的加速度a＝________ m/s2(结果保留两位有效数字)。

(4)实验测得μ＝0.33，大于教材列表中的标值，请写出两个可能的原因：______________________________，_________________________________。

答案　

1． (1)A　

(2)CD　

(3)

2． (1)BD　

(2)正比　

(3)A

3． (1)①细绳对小车的拉力　②重物的重力mg

(2)A　

(3)0.52

(4)小车质量　当质量一定时，加速度与合外力成正比

4． (1)0.550　

(2)50.00　

(3)相等

(5)　

(7)物体质量一定时，物体的加速度与所受合力成正比

5． (1)AC　

(2)　

(3)

6． (1)　

(2)0.35

7． 1.84　1.96　滑轮的轴不光滑(或绳和滑轮之间有摩擦、滑轮有质量等)

8． (3)0.39(在0.37～0.49范围内也可)

(4)如图所示

(5)0.45(在0.43～0.47范围内也可)　(6)BC

9． (1)A　

(2)甲　

(3)C、A、B

10． (1)小　

(2)①C　②C

11． (1)BDE　

(2)1.3　

(3)C

12． (1)B

(2)BD　

(3)1.6

(4)木块和木板表面粗糙程度有差异　细线与滑轮摩擦或纸带与计时器摩擦