1、课时作业14实验：验证牛顿运动定律时间：45分钟1如图是某同学用来探究“小车的加速度与外力关系”的实验装置，轨道上的B点固定一光电门，平衡摩擦力后将连接小车的细线跨过滑轮系住小钩码，在A点释放小车，测出小车上挡光片通过光电门的时间为t.(1)若挡光片的宽度为d，挡光片前端距光电门的距离为L，则小车的加速度a.(2)在该实验中，下列操作中正确的是(BC)A要用天平称量小车质量B每次改变钩码，都不需要测量其质量(或重力)C调节滑轮的高度，使细线与轨道平行D每次小车从A点出发允许有不同的初速度解析：(1)根据匀变速公式，v22aL，其中v，解得a.(2)实验探究“小车的加速度与外力关系”不需要称量小
2、车质量，A选项错误；实验装置有拉力传感器，不需要测量钩码质量(或重力)，B选项正确；实验要求拉力为小车所受合力，细线应与轨道平行，C选项正确；每次小车释放速度应该为零，D选项错误2用图甲所示装置探究物体的加速度与力的关系，实验时保持小车(含车中重物)的质量M不变，将细线下端悬挂钩码的总重力作为小车受到的合力F，用打点计时器打出的纸带计算出小车运动的加速度a.(1)关于实验操作，下列说法正确的是A.A实验前应调节滑轮高度，使滑轮和小车间的细线与木板平行B平衡摩擦力时，在细线下端悬挂钩码，使小车在细线的拉力作用下能匀速下滑C每次改变小车所受的拉力后都要重新平衡摩擦力D实验时应先释放小车，后接通打点
3、计时器电源(2)图乙为实验中打出纸带的一部分，从比较清晰的点迹起，在纸带上标出连续的5个计数点A、B、C、D、E，相邻两个计数点之间都有4个点迹未标出，测出各计数点到A点的距离已知所用电源的频率为50 Hz，打B点时小车的速度vB0.32 m/s，小车的加速度a0.93 m/s2.(结果均保留两位有效数字)(3)改变细线下端钩码的个数，得到aF图象如图丙所示，造成图线上端弯曲的原因可能是随所挂钩码质量m的增大，不能满足Mm.解析：(1)调节滑轮的高度，使牵引木块的细绳与长木板保持平行，否则拉力不会等于合力，故A正确；在调节木板倾斜程度以平衡木块受到的滑动摩擦力时，不应悬挂钩码，故B错误；由于平
4、衡摩擦力之后有MgsinMgcos，故tan，所以无论小车的质量是否改变，小车所受的摩擦力都等于小车的重力沿斜面的分力，改变小车所受的拉力后，不需要重新平衡摩擦力，故C错误；实验开始时先接通打点计时器的电源待其平稳工作后再释放木块，而当实验结束时应先控制小车停下再关闭打点计时器，D错误(2)已知打点计时器电源频率为50 Hz，则纸带上相邻计数点间的时间间隔T50.02 s0.10 s根据xaT2可得xCExACa(2T)2，小车运动的加速度为a0.93 m/s2，打B点时小车的速度vB0.32 m/s.(3)随着力F的增大，即随所挂钩码质量m的增大，不能满足Mm，因此曲线上部出现弯曲3.为了探
5、究质量一定时加速度与力的关系一同学设计了如图甲所示的实验装置，其中M为小车的质量，m为钩码的质量(1)为了保证力传感器的读数为小车所受的合外力，关于实验操作需要进行的是AC.A在未挂钩码时，将木板的右端垫高以平衡摩擦力B在悬挂钩码后，将木板的右端垫高以平衡摩擦力C调节木板左端定滑轮的高度，使牵引小车的细绳与木板平面平行D所挂钩码的质量尽量小一些(2)如图乙为某次实验得到的一段纸带，计数点A、B、C、D、E间相邻两点的时间间隔为0.1 s由图中可读出A、E两点间的距离为6.50 cm.根据纸带可求出小车的加速度大小为0.43 m/s2(计算结果保留两位有效数字)(3)假如在实验中，木板保持水平，
6、小车的质量M不变，改变钩码的质量m，重复进行多次实验记下每次力传感器的示数F，计算出每次实验中小车的加速度a，将得到的a、F数据绘制成aF图象，以下图象可能的是A.解析：(1)为了保证力传感器的读数为小车所受的合外力，实验操作需要平衡摩擦力，即在未挂钩码时，将木板的右端垫高以平衡摩擦力，选项A正确，B错误；同时要调节木板左端定滑轮的高度，使牵引小车的细绳与木板平面平行，选项C正确；因有传感器测量拉力的大小，所以不需要所挂钩码的质量尽量小，选项D错误(2)由题图乙中可读出A、E两点间的距离为6.50 cm.根据xaT2，其中T0.1 s，可求出小车的加速度大小为a0.43 m/s2.(3)木板保
7、持水平，则有摩擦力没有被平衡，根据牛顿第二定律，有FfMa，则aF，A正确4某实验小组调试如图1所示的装置准备探究加速度与力的关系已知小车的质量为M，砝码及砝码盘的总质量为m，打点计时器所接的交流电的频率为50 Hz.(1)实验步骤如下：按图1所示，安装好实验装置，其中动滑轮与定滑轮及弹簧测力计相连的细线竖直；不挂砝码和砝码盘的情况下，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，其目的是平衡摩擦力；挂上砝码盘，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；改变砝码盘中砝码的质量，重复步骤，求得小车在不同合力作用下的加速度；弹簧测力计的读数为F，则小车所受合外力大
8、小为F.(2)实验过程中，关于砝码及砝码盘的总质量m与小车的质量M的关系，下列说法正确的是C.AM必须远大于mBM必须远小于mCM可以不用远大于mDM必须等于m(3)实验中打出的一条纸带如图2所示，则由该纸带可求得小车的加速度为0.15 m/s2.解析：(1)小车可以沿长木板匀速下滑，说明摩擦力与小车重力沿长木板方向的分力相等；小车已平衡摩擦力，所受细线拉力即为小车所受合外力，而弹簧测力计直接测量细线拉力，故其读数F等于小车所受合外力(2)由(1)的分析可知，弹簧测力计的读数即为小车所受合外力，故C正确(3)根据公式xat2可知，(0.075 10.072 1) m2a(5T)2，解得a0.1
9、5 m/s2.5如图甲所示，质量为m的滑块A放在气垫导轨上，B为位移传感器，它能将滑块A到传感器B的距离数据实时传送到计算机上，经计算机处理后在屏幕上显示滑块A的速率时间(vt)图象整个装置置于高度h可调节的斜面上，斜面长度为l.(1)现给滑块A沿气垫导轨向上的初速度，其vt图象如图乙所示从图线可得滑块A上滑时的加速度大小a3 m/s2(结果保留一位有效数字)(2)若用此装置来验证牛顿第二定律，通过改变滑块的质量及斜面的高度，且使mh不变，可验证力一定时，加速度与质量成反比的关系；通过改变高度h，可验证质量一定时，加速度与力成正比的关系(重力加速度g的值不变)解析：(1)在vt图象中斜率代表加
10、速度，故a m/s23 m/s2.(2)牛顿第二定律研究的是加速度与合外力、质量的关系当质量一定时，可以改变力的大小，当斜面高度不同时，滑块受到的力不同，可以探究加速度与合外力的关系由于滑块下滑加速的力是由重力沿斜面向下的分力提供，所以要保证重力沿斜面向下的分力不变，应该使mg不变，所以应该调节滑块的质量及斜面的高度，且使mh不变，通过改变高度h，可验证质量一定时，加速度与力成正比的关系6英国科学家阿特伍德曾经设计了一个装置验证牛顿第二定律，在跨过光滑定滑轮的轻绳两端悬挂质量均为M的物块，在一物块上附加另一质量为m的物块，系统无初速度释放后开始加速运动附加物块运动至挡板后自动脱离，此后系统匀速
11、运动，测得此速度即可求出系统加速过程的加速度如图a所示，某同学改进了该装置，将系统从附加物块距离挡板高h处无初速度释放，附加物块脱离后，测出物块下端的遮光片通过光电门的时间t.(1)用游标卡尺测量该遮光片的宽度d，如图b所示，则d0.560 cm.(2)系统加速运动的加速度a(用d、h、t表示)(3)为了验证牛顿第二定律，在实验误差允许范围内，应有如下关系：mg(m2M).(已知重力加速度为g)解析：(1)根据游标卡尺的读数规则，该遮光片的宽度d5 mm120.05 mm5.60 mm0.560 cm.(2)系统从附加物块距离挡板高h处无初速度释放，附加物块脱离后，测出物块下端的遮光片通过光电
12、门的时间t，其速度v.由匀变速直线运动规律v22ah，解得a.(3)对系统，若有mg(m2M)a，即可验证牛顿第二定律，则在实验误差允许范围内，应有mg(m2M).7某同学利用图(a)所示的装置测定滑块与桌面间的动摩擦因数实验中，钩码通过轻绳拉着滑块在水平桌面上做直线运动，钩码着地后滑块继续运动，打点计时器在纸带上打下一系列的点取钩码着地后滑块继续运动过程中对应的一段纸带，用刻度尺测出纸带上部分相邻计时点的间距如图(b)已知打点计时器所接交流电源的频率为50 Hz，当地的重力加速度为9.80 m/s2.回答下列问题：(1)打点时纸带的B(选填“A”或“B”)端靠近滑块(2)滑块与桌面间的动摩擦
13、因数为0.255.(结果保留3位有效数字)(3)由实验测定的动摩擦因数大于(选填“大于”“等于”或“小于”)真实值解析：(1)滑块先做匀加速运动，在钩码着地后做匀减速运动，在匀减速运动过程中，相同时间内两点间距离越来越小，故B端靠近滑块(2)利用逐差法计算：a m/s22.50 m/s2，钩码着地后滑块主要受滑动摩擦力而减速，由牛顿第二定律得mgma，故滑块与桌面间的动摩擦因数为0.255.(3)滑块做匀减速运动时，除了受到桌面的摩擦力外，还受到纸带的阻力f纸，由真mgf纸ma知，真，即测定的动摩擦因数大于真实值8.某同学利用如图所示的实验装置来测量重力加速度g.细绳跨过固定在铁架台上的轻质滑
14、轮，两端各悬挂一只质量为M的重锤实验操作如下：用米尺量出重锤1底端距地面的高度H；在重锤1上加上质量为m的小钩码；左手将重锤2压在地面上，保持系统静止释放重锤2，同时右手开启秒表，在重锤1落地时停止计时，记录下落时间；重复测量3次下落时间，取其平均值作为测量值t.请回答下列问题：(1)步骤可以减小对下落时间t测量的偶然(选填“偶然”或“系统”)误差(2)实验要求小钩码的质量m要比重锤的质量M小很多，主要是为了B.A使H测得更准确B使重锤1下落的时间长一些C使系统的总质量近似等于2MD使细绳的拉力与小钩码的重力近似相等(3)滑轮的摩擦阻力会引起实验误差现提供一些橡皮泥用于减小该误差，可以怎么做？
15、在重锤1上粘上橡皮泥，调整橡皮泥质量直至轻拉重锤1能观察到其匀速下落(4)使用橡皮泥改进实验后，重新进行实验测量，并测出所用橡皮泥的质量为m0.用实验中的测量量和已知量表示g，得g.解析：(1)对同一物理量多次测量取平均值的目的是减小偶然误差(2)设系统运动的加速度为a，则根据牛顿第二定律得mg(2Mm)a，即a，而Hat2，在H一定时，a越小，则t越长，这时测量时间t的误差越小因此实验要求小钩码的质量m要比重锤的质量M小很多，主要是为了使重锤1下落的时间长一些，选项B正确(3)可利用橡皮泥平衡摩擦阻力，其方法为在重锤1上粘上橡皮泥，调整橡皮泥的质量直至轻拉重锤1能观察到其匀速下落(4)根据牛顿第二定律得mg(2Mmm0)a，又Hat2，解得g.