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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·s2) 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)
1
(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
m
下表:
实验次数 1 2 3 4 5 6 7 8 小车加速度
1.90 1.72 1.49 1.25 1.00 0.75 0.50 0.30 -
a/m·s2 小车质量
0.25 0.29 0.33 0.40 0.50 0.71 1.00 1.67
m/kg 1-1
4.00 3.45 3.03 2.50 2.00 1.41 1.00 0.60 /kg
m
1
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
m
1
速度a与质量倒数之间的关系式是________________________
m
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.
a/ms-2 F/N
2.01 1.00
2.98 2.00
4.02 3.00
6.00 5.00
位移传感器 (接收器)
位移传感器 (发射器)
(1)在坐标纸上作出小车加速度a和拉力F的关系图线;
a/ms-2 6.0 4.0 2.0 0
1.0
2.0 3.0 4.0F/N
小车
轨道 图(a)
重物
(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:__________________________;
(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
(发射器)
小车
轨道 图(b)
力传感器
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.
(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.
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
1
2.解析:当m1=m2、F1=2F2时,由F=ma可知,a1=2a2,再由x=at2可得:x1=2x2,故A正确,B错
2111
误;当m1=2m2、F1=F2时,a1=a2,再由x=at2可得:x1=x2,故C错误,D正确.
222
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
4T2
-
[7.72+7.21-6.70+6.19]×1022=m/s
16×0.022≈3.2 m/s2 (2)如图所示,a=
1 N 2m
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m4=400 g不合适.
DD
(3)由v1=,v2=,v22-v12=2ax
Δt1Δt2DD2-2Δt2Δt1
可得:a=.
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
DD2-2Δt2Δt1
(3)a=
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
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