实验四 验证牛顿第二定律(解析版)
2021届高考物理必考实验四：验证牛顿第二定律【含答案】
2021届高考物理必考实验四：验证牛顿第二定律1.实验原理(1)保持质量不变,探究加速度与合力的关系。
(2)保持合力不变,探究加速度与质量的关系。
(3)作出a-F图象和a-图象,确定其关系。
2.实验器材打点计时器、纸带、复写纸、小车、一端附有定滑轮的长木板、小盘、砝码、夹子、细绳、交流电源、导线、天平(带有一套砝码)、刻度尺。
3.实验步骤(1)测量:用天平测量小盘和砝码的质量m',小车的质量m。
(2)安装:按照如图所示的装置把实验器材安装好,但是不把悬挂小盘的细绳系在小车上(不给小车牵引力)。
(3)平衡摩擦力:在长木板不带定滑轮的一端下面垫上一块薄木块,使小车能匀速下滑。
(4)操作:①小盘通过细绳绕过定滑轮系在小车上,先接通电源,后放开小车,打点结束后先断开电源,再取下纸带。
②保持小车的质量m不变,改变小盘和砝码的质量m',重复步骤①。
③在每条纸带上选取一段比较理想的部分,测加速度a。
④描点作图,以m'g作为拉力F,作出a-F图象。
⑤保持小盘和砝码的质量m'不变,改变小车质量m,重复步骤①和③,作出a-图象。
4.数据分析(1)利用Δx=aT2及逐差法求a。
(2)以a为纵坐标,F为横坐标,根据各组数据描点,如果这些点在一条过原点的直线上,说明a与F成正比。
(3)以a为纵坐标,为横坐标,描点、连线,如果该线为过原点的直线,就能判定a与m成反比。
5.注意事项(1)平衡摩擦力:适当垫高木板的右端,使小车的重力沿斜面方向的分力正好平衡小车和纸带受到的阻力。
在平衡摩擦力时,不要把悬挂小盘的细绳系在小车上,让小车拉着穿过打点计时器的纸带匀速运动。
(2)不重复平衡摩擦力。
(3)实验条件:m≫m'。
(4)“一先一后一按”:改变拉力或小车质量后,每次开始时小车应尽量靠近打点计时器,并应先接通电源,后释放小车,且应在小车到达滑轮前按住小车。
【最新高考真题解析】1.（2020年北京卷）在“探究加速度与物体受力、物体质量的关系”实验中，做如下探究：（1）为猜想加速度与质量的关系，可利用图1所示装置进行对比实验。
实验04 验证牛顿第二定律(解析版)
实验四 验证牛顿第二定律（解析版）1.实验原理 (1)保持质量不变,探究加速度与合力的关系。
(2)保持合力不变,探究加速度与质量的关系。
(3)作出a-F 图象和a-图象,确定其关系。
1m 2.实验器材 打点计时器、纸带、复写纸、小车、一端附有定滑轮的长木板、小盘、砝码、夹子、细绳、交流电源、导线、天平(带有一套砝码)、刻度尺。
3.实验步骤 (1)测量:用天平测量小盘和砝码的质量m',小车的质量m 。
(2)安装:按照如图所示的装置把实验器材安装好,但是不把悬挂小盘的细绳系在小车上(不给小车牵引力)。
(3)平衡摩擦力:在长木板不带定滑轮的一端下面垫上一块薄木块,使小车能匀速下滑。
(4)操作:①小盘通过细绳绕过定滑轮系在小车上,先接通电源,后放开小车,打点结束后先断开电源,再取下纸带。
②保持小车的质量m 不变,改变小盘和砝码的质量m',重复步骤①。
③在每条纸带上选取一段比较理想的部分,测加速度a 。
④描点作图,以m'g 作为拉力F ,作出a-F 图象。
⑤保持小盘和砝码的质量m'不变,改变小车质量m ,重复步骤①和③,作出a-图象。
1m4.数据分析 (1)利用Δx=aT 2及逐差法求a 。
(2)以a 为纵坐标,F 为横坐标,根据各组数据描点,如果这些点在一条过原点的直线上,说明a 与F 成正比。
(3)以a 为纵坐标,为横坐标,描点、连线,如果该线为过原点的直线,就能判定a 与m 成反比。
1m 5.注意事项 (1)平衡摩擦力:适当垫高木板的右端,使小车的重力沿斜面方向的分力正好平衡小车和纸带受到的阻力。
在平衡摩擦力时,不要把悬挂小盘的细绳系在小车上,让小车拉着穿过打点计时器的纸带匀速运动。
(2)不重复平衡摩擦力。
(3)实验条件:m ≫m'。
(4)“一先一后一按”:改变拉力或小车质量后,每次开始时小车应尽量靠近打点计时器,并应先接通电源,后释放小车,且应在小车到达滑轮前按住小车。
实验4验证牛顿第二定律
牛顿第二定律 测加速度 原理及变化一、实验目的1．会用控制变量法探究加速度a 与合力F 、质量M 的关系；2．掌握利用图像法处理实验数据的方法．二、实验器材一端有定滑轮的长木板、刻度尺、复写纸片和纸带、小车、盘、重物、电磁打点计时器、天平、砝码、托盘、导线．考点一 实验原理与实验操作本实验利用盘及盘中重物通过细绳牵引小车做加速运动的方法研究加速度a 与力F 、质量M 的关系．实验时采用控制变量法，共分两步研究：第一步，保持小车的质量不变，改变盘中重物的质量，测出相应的a ，验证a 与F 的关系；第二步，保持盘中重物的质量不变，改变小车上砝码的质量，测出小车运动的加速度a ，验证a 与M 的关系．实验应测量的物理量有：(1)小车及车上砝码的总质量M ：用天平测出．(2)小车受到的拉力F ：拉力近似等于盘和重物的总重力mg (盘和重物的总质量远小于小车和车上砝码的总质量)．(3)小车的加速度a ：通过打点计时器打出纸带，由a ＝a 1＋a 2＋a 33＝x 6＋x 5＋x 4－x 3－x 2－x 19T 2计算出． 在“用DIS 探究牛顿第二定律”的实验中，装置如图S41(a)所示．(1)本实验是通过改变钩码质量来改变对小车的拉力，通过增加小车上的配重片来改变小车的质量，通过位移传感器测得小车的v -t 图像，通过求解斜率小车的加速度．(a) (b)图S41(2)图(b)为小车所受作用力不变时实验所得的a -1M 图像，从图像上可以看到直线不过原点，其原因是BD ．A ．钩码质量过大B ．轨道倾斜，左端偏高C ．轨道倾斜，右端偏高D ．小车与轨道间的摩擦未被平衡 由图（b ）所示a-图象可知，图象不过原点，在横轴上有截距，这是由于：轨道倾斜，左端偏高或小车与轨道间的摩擦偏大造成的，故BD 正确如图S42所示为用速度传感器探究小车获得的速度与小车受到的合力及运动位移关系的实验装置：该小组设计的思路是将小车从A 位置由静止释放，用速度传感器测出小车获得的速度．实验分两步进行：一是保持沙和沙桶的质量不变，改变速度传感器B 与A 位置的距离，探究小车获得的速度与小车运动位移的关系；二是保持速度传感器的位置不变，改如图S42所示为用速度传感器探究小车获得的速度与小车受到的合力及运动位移关系的实验装置：该小组设计的思路是将小车从A 位置由静止释放，用速度传感器测出小车获得的速度．实验分两步进行：一是保持沙和沙桶的质量不变，改变速度传感器B 与A 位置的距离，探究小车获得的速度与小车运动位移的关系；二是保持速度传感器的位置不变，改用速度传感器测出小车获得的速度．实验分两步进行：一是保持沙和沙桶的质量不变，改变速度传感器B 与A 位置的距离，探究小车获得的速度与小车运动位移的关系；二是保持速度传感器的位置不变，改变沙和沙桶的质量，探究小车获得的速度与小车所受合力的关系．图S42(1)实验中在探究三个物理量的关系时，采用的物理方法是控制变量法．(2)在探究小车获得的速度v 与小车运动位移x 的关系时，测出多组v 、x 的数据后作出的v 2x 图像的形状是直线．(填“直线”或“曲线”)(3)在探究小车获得的速度与小车所受合力的关系时，要使沙和沙桶的重力等于小车受到的合力需要采取什么措施？平衡摩擦力■ 注意事项(1)在本实验中，必须平衡摩擦力，在平衡摩擦力时，不要把盘和重物系在小车上，即不要给小车加任何牵引力，并要让小车拖着打点的纸带运动．(2)安装器材时，要调整滑轮的高度，使拴小车的细绳与斜面平行，且连接小车和盘应在平衡摩擦力之后．(3)改变小车的质量或拉力的大小时，改变量可适当大一些，但应满足盘和重物的总质量远小于小车和车上砝码的总质量．盘和重物的总质量不超过小车和车上砝码总质量的10%.(4)改变拉力和小车质量后，每次开始时小车应尽量靠近打点计时器，并应先接通电源，再放开小车，且应在小车到达滑轮处前按住小车．考点二 数据处理与误差分析1.数据处理(1)先在纸带上标明计数点，测量各计数点间的距离，根据公式a ＝Δx T 2计算加速度． (2)需要记录各组对应的加速度a 与小车所受牵引力F ，然后建立直角坐标系，用纵坐标表示加速度a ，横坐标表示作用力F ，描点画出a -F 图像，如果图线是一条过原点的直线，便证明加速度与作用力成正比．再记录各组对应的加速度a 与小车和砝码的总质量M ，然后建立直角坐标系，用纵坐标表示加速度a ，用横坐标表示总质量的倒数1M ，描点画出a -1M图像，如果图线是一条过原点的直线，就证明了加速度与质量成反比．2．误差分析(1)质量的测量、纸带上计数点间距离的测量、拉线或纸带不与木板平行等都会造成误差．(2)实验原理不完善引起误差．通过适当的调节，使小车所受的阻力被平衡，当小车做加速运动时，可以得到a ＝m M ＋mg ，T ＝mg M M ＋m ＝mg 1＋m M，只有当M ≫m 时，才可近似认为小车所受的拉力T 等于mg ，所以本实验存在系统误差．(3)平衡摩擦力不准造成误差．某同学利用图S43(a)所示实验装置及数字化信息系统获得了小车加速度a 与钩码的质量m 的对应关系图，如图(b)所示．实验中小车(含发射器)的质量为200 g ，实验时选择了不可伸长的轻质细绳和轻定滑轮，小车的加速度由位移传感器及与之相连的计算机得到，回答下列问题：(a)(b)图S43(1)根据该同学的结果，小车的加速度与钩码的质量成非线性(选填“线性”或“非线性”)关系．(2)由图(b)可知，a -m 图线不经过原点，可能的原因是存在摩擦力．(3)若利用本实验装置来验证“在小车质量不变的情况下，小车的加速度与作用力成正比”的结论，并直接以钩码所受重力mg 作为小车受到的合外力，则实验中应采取的改进措施是调节倾斜角以平衡摩擦力，钩码的质量应满足的条件是远小于小车质量．1 用如图S44所示的装置探究加速度与力和质量的关系，带滑轮的长木板和弹簧测力计均水平固定．图S44(1)实验时，一定要进行的操作是A,B (填选项前的字母)．A ．小车靠近打点计时器，先接通电源，再释放小车，打出一条纸带，同时记录弹簧测力计的示数B ．改变沙和沙桶的总质量，打出几条纸带C ．用天平测出沙和沙桶的总质量D ．为减小误差，实验中一定要保证沙和沙桶的总质量远小于小车的质量(2)以弹簧测力计的示数F 为横坐标，以加速度a 为纵坐标，画出的a -F 图像可能正确的是图S45中的A (填选项字母)．图S45(3)若测出的a -F 图像的斜率为k ，则小车的质量为2/k ．某实验小组利用如图S46甲所示的气垫导轨实验装置来探究合力一定时，物体的加速度与质量之间的关系．(1)为了保持滑块所受的合力不变，可改变滑块质量M 和气垫导轨最右端高度h (见图甲)．关于“改变滑块质量M 和气垫导轨最右端的高度”的正确操作方法是A ．A ．M 减小时，h 增大，以保持二者乘积不变B ．M 增大时，h 增大，以保持二者乘积增大C ．M 增大时，h 减小，以保持二者乘积减小D ．M 减小时，h 减小，以保持二者乘积减小(2)做实验时，将滑块从图甲所示位置(气垫导轨右端)由静止释放，由数字计时器(图中未画出)可读出遮光条通过光电门1、2的时间分别为Δt 1、Δt 2；用刻度尺测得两个光电门中心之间的距离x ，用游标卡尺测得遮光条宽度d .则滑块加速度的表达式a ＝________(以上表达式均用已知字母表示)．如图乙所示，若用20分度的游标卡尺测量遮光条的宽度，其读数为8.15mm.图S46■ 注意事项(1)如果a 与1M 是正比关系，则a -1M图像是直线，而若a 与M 是反比关系，则a -M 图像是曲线，在研究两个量的关系时，直线更易确定两者之间的关系，故本实验作a -1M图像．(2)在平衡摩擦力时，除了不挂盘和重物外，其他都应跟正式实验一样，匀速运动的标志是打点计时器打出的纸带上各点间的距离相等．1．[2015·大连二诊] 某同学在“探究加速度与力的关系”实验中，按照正确操作步骤，得到了在不同合外力下的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ等几条纸带，并在纸带上每5个点取一个计数点，即相邻两计数点间的时间间隔为0.1 s ，将某同学在“探究加速度与力的关系”实验中，按照正确操作步骤，将每条纸带上的计数点都记为0、1、2、3、4、5…，如图S47所示A 、B 、C 三段纸带，分别是从三条不同纸带上撕下的．．图S47(1)打下计数点1时，纸带的速度大小为0.20m/s(保留两位有效数字，下同)；(2)打Ⅰ纸带时，物体的加速度大小是2.0m/s2；(3)在A、B、C三段纸带中，属于纸带Ⅰ的是B．2．[2015·兰州3月诊断] 在“探究加速度和力的关系”的实验中，某校的兴趣小组采用如图S48甲所示的传感器实验装置进行研究，计算机可通过位移传感器采集的数据直接计算出小车的加速度．实验时他们用钩码的重力作为小车所受外力，平衡好摩擦后，保持小车质量不变，改变所挂钩码的数量，多次重复测量．根据测得的多组数据可画出a-F关系图线(如图乙所示)．甲乙图S48(1)分析此图线的OA段可得出的实验结论是小车质量不变时，其加速度与受到的合力成正比.(2)此图线的AB段明显偏离直线，造成此误差的主要原因是(C)A．小车与轨道之间存在摩擦B．导轨保持了水平状态C．所挂钩码的总质量太大D．所用小车的质量太大对小车和钩码分别应用牛顿第二定律，当m远小于M时可认为小车受到的合力等于钩码重力，如果钩码质量过大，则小车受到合力明显小于钩码重力，实验误差较大，a F图像偏离直线，C正确。
实验4 验证牛顿第二定律(题型专练)-2021年高考物理一轮复习实验专题考点全析(解析版)
实验4 验证牛顿第二定律则一．多选题1．研究小组的同学们用如图所示的装置探究物体的加速度与力、质量的关系之后，对此实验又做了进一步的分析：在实验前通过垫块已经平衡了阻力，且砂和砂桶的总质量远小于小车和车上砝码的总质量，由静止释放小车后，下列说法中正确的是（）A．砂和砂桶减少的重力势能大于车和砝码增加的动能B．砂和砂桶的动量变化等于对应过程中其所受重力的冲量C．小车和砝码增加的动量等于对应过程中细绳对小车拉力的冲量D．小车和砝码增加的动能等于对应过程中细绳对小车拉力所做的功【答案】ACD【解析】A、将小车（含车上砝码）和砂（含砂桶）当成一个系统，在小车（含车上砝码）运动过程中，木板对小车的摩擦力要做负功，即小车运动过程除重力外还要克服摩擦力做功，故系统机械减小，所以砂和砂桶减少的重力势能大于车和砝码增加的动能，故A正确；B、以砂和砂桶为研究对象，受到自身的重力以及绳子的拉力，根据动量定理得到：砂和砂桶的动量变化等于对应过程中其所受重力与绳子拉力的合力所产生的冲量，故B错误；CD、平衡摩擦力后，小车和砝码所受的合力就是绳子的拉力，根据动量定理得到：小车和砝码增加的动量等于对应过程中细绳对小车拉力的冲量；根据动能定理得到：小车和砝码增加的动能等于对应过程中细绳对小车拉力所做的功，故CD正确；故选：ACD。
2．如图是某同学利用教材提供的方案进行“探究加速度与力、质量的关系”实验时，正要打开夹子时的情况．某同学指出了实验时的几个错误，其说法正确的有（）A．该实验前没有平衡摩擦力B．拉小车的细线应平行桌面C．实验电源应为交流电电源D．释放小车前打点计时器应向左移动以靠近小车【答案】ABC【解析】A、木板水平放置，该实验前没有平衡摩擦力，故A正确。
B、如果细线不保持水平，那么小车的合力就不等于绳子的拉力。
小车的合力就不能正确测量，故B正确。
C、电火花和电磁计时器都使用交流电源，故C正确。
D、小车应靠近打点计时器且打点计时器应距左端较远，这样便于小车运动一段过程，从而能准确测量小车的加速度，减小误差，故不能移动打点计时器，只能向右移动小车。
实验验证牛顿第二定律习题及详解
实验：验证牛顿第二定律1．“验证牛顿运动定律〞的实验中，以下说法正确的选项是( )A．平衡摩擦力时，小盘应用细线通过定滑轮系在小车上B．实验中应始终保持小车和砝码的质量远远大于小盘和砝码的质量C．实验中如果用纵坐标表示加速度，用横坐标表示小车和车内砝码的总质量，描出相应的点在一条直线上时，即可证明加速度与质量成反比D．平衡摩擦力时，小车后面的纸带必须连好，因为运动过程中纸带也要受到阻力解析：平衡摩擦力时，细线不能系在小车上，纸带必须连好，故A错D对；小车和砝码的总质量应远大于小盘和砝码的总质量，故B对；假设横坐标表示小车和车内砝码的总质量，那么a－M图象是双曲线，不是直线，故C错．答案： BD2．(2021年三明模拟)用如图甲所示的装置做“验证牛顿第二定律〞实验，甲同学根据实验数据画出的小车的加速度a和小车所受拉力F的图象为图中的直线Ⅰ，乙同学画出的a－F图象为以下图中的直线Ⅱ.直线Ⅰ、Ⅱ在纵轴或横轴上的截距较大，明显超出了误差范围，下面给出了关于形成这种情况原因的四种解释，其中可能正确的选项是( )A．实验前甲同学没有平衡摩擦力B．甲同学在平衡摩擦力时，把长木板的末端抬得过高了C．实验前乙同学没有平衡摩擦力D．乙同学在平衡摩擦力时，把长木板的末端抬得过高了解析：由直线Ⅰ可知，甲同学在未对小车施加拉力F时小车就有了加速度，说明在平衡摩擦力时，把木板的末端抬得过高了，B正确，A错误；由直线Ⅱ可知，乙同学在对小车施加了一定的拉力时，小车的加速度仍等于零，故实验前乙同学没有平衡摩擦力或平衡摩擦力缺乏，C正确，D错误．答案：BC3．在“探究加速度与物体质量、物体受力的关系〞实验中，某小组设计了如下图的实验装置．图中上下两层水平轨道外表光滑，两小车前端系上细线，细线跨过定滑轮并挂上砝码盘，两小车尾部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场运动，然后同时停顿．(1)在安装实验装置时，应调整滑轮的高度，使__________．在实验时，为减小系统误差，应使砝码盘和砝码的总质量________(选填“远大于〞、“远小于〞或“等于〞)小车的质量．(2)本实验通过比拟两小车的位移来比拟小车加速度的大小，能这样比拟，是因为________．解析：(1)在安装实验装置时，应调整滑轮的高度，使细线与水平轨道平行，在实验时，为使砝码和盘的总重力近似等于细线的拉力，作为小车所受的合外力，必须满足砝码和盘的总质量远小于小车的质量．(2)因为两小车同时开场运动，同时停顿，运动时间一样，由s＝12at2可知，a与s成正比．答案：(1)小车与滑轮之间的细线与轨道平行远小于(2)两车从静止开场匀加速直线运动，且两车运动的时间一样，其加速度与位移成正比4．如图为“用DIS(位移传感器、数据采集器、计算机)研究加速度和力的关系〞的实验装置．(1)在该实验中必须采用控制变量法，应保持________不变，用钩码所受的重力作为________，用DIS测小车的加速度．(2)改变所挂钩码的数量，屡次重复测量．在某次实验中根据测得的多组数据可画出a－F关系图线(如下图)．①分析此图线的OA段可得出的实验结论是_______________．②(单项选择题)此图线的AB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．导轨保持了水平状态C．所挂钩码的总质量太大D．所用小车的质量太大解析：(1)因为要探索“加速度和力的关系〞所以应保持小车的总质量不变，钩码所受的重力作为小车所受外力．(2)由于OA段a－F关系为一倾斜的直线，所以在质量不变的条件下，加速度与外力成正比．由实验原理：mg＝Ma得a＝mgM ＝FM，而实际上a′＝mg(M＋m)，可见AB段明显偏离直线是由于没有满足M≫m造成的．答案：(1)小车的总质量小车所受外力(2)①在质量不变的条件下，加速度与外力成正比②C5．(2021年高考江苏单科)为了探究受到空气阻力时，物体运动速度随时间的变化规律，某同学采用了“加速度与物体质量、物体受力关系〞的实验装置(如下图)．实验时，平衡小车与木板之间的摩擦力后，在小车上安装一薄板，以增大空气对小车运动的阻力．(1)往砝码盘中参加一小砝码，在释放小车________(选填“之前〞或“之后〞)接通打点计时器的电源，在纸带上打出一系列的点．(2)从纸带上选取假设干计数点进展测量，得出各计数点的时间t与速度v的数据如下表：时间t/s0速度v/(m·s－1)请根据实验数据作出小车的v－t图象．(3)通过对实验结果的分析，该同学认为：随着运动速度的增加，小车所受的空气阻力将变大，你是否同意他的观点？请根据v－t图像简要阐述理由．解析：(1)之前(2)如下图(3)同意．在v－t图象中，速度越大时，加速度越小，小车受到的合力越小，那么小车受空气阻力越大．答案：(1)之前(2)如下图(3)见解析6．(2021年潍坊模拟)为了探究加速度与力的关系，使用如下图的气垫导轨装置进展实验．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G、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1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.答复以下问题：(1)实验开场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)假设取M＝0.4 kg，改变m的值，进展屡次实验，以下m的取值不适宜的一个是___________________________．A．m1＝5 g B．m2＝15 gC．m3＝40 g D．400 g(3)在此实验中，需要测得每一个牵引力对应的加速度，其中求得的加速度的表达式为：___________________________.(用Δt1、Δt2、D、s表示)解析：(1)如果气垫导轨水平，那么不挂砝码时，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 4＝400 g 不适宜．(3)由v 1＝D Δt 1，v 2＝D Δt 2，v 22－v 21＝2as 可得：a ＝(D Δt 2)2－(D Δt 1)22s. 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 Δt 2)2－(D Δt 1)22s。
实验四验证牛顿第二定律
平衡摩擦力：
FN f
G1
G G1平衡摩擦力 f。
当M ≥m时，可近似以为小车所受旳拉力T 等于mg.
三、【试验器材】
——打点计时器，纸带及复写纸，小车，一 端附有滑轮旳长木板，小盘和砝码，细绳，低压 交流电源，导线，天平，刻度尺．
四、【试验环节】
1．用天平测出小车、砝码旳质量M和小盘 与砝码旳总质量m，把数据统计下来．
5．保持小盘内砝码个数不变，变化小车质 量，再测几组数据。
并将相应旳质量和加速度旳值，填入表格（ 二）中。
五、【怎数样更据直处理】
1．观试地验处数理据旳统计处理：m一定，a与F关系
数据？
• 试 F(N) a(m/s2)
a/m·s -2
验
0.75
次 0.10 0.146
0.60
数
0.45 0.30
1 0.20 2 0.30
，下列m旳取值不合适旳一种是_____D_____．
A．m1＝5 g C．m3＝40 g
B．m2＝15 g D．m4＝400 g
解析： (2)应满足M≫m，故m4＝400 g不合适．
(3)在此试验中，需要测得每一种牵引力相应旳
加速度，求得旳加速度旳体现式为__________．
由：v1＝D/Δt1，
(1)试验开始应先调整气垫导轨下面旳螺钉，使 气垫导轨水平，在不增长 其他仪器旳情况下，怎样 鉴定调整是否到位？
解析：(1)假如气垫导轨水平，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(Δt1= Δt2) ．
直接测—光电门
(2)若取M＝0.4 kg，变化m旳值，进行屡次试验
2．安装好试验装置，在小车上装好纸带， 纸带另一端穿过计时器限位孔，调整木板倾斜程 度，平衡摩擦力。
验证牛顿第二定律的实验方法以及原理说明
验证牛顿第二定律的实验方法以及原理说明This model paper was revised by the Standardization Office on December 10, 2020验证牛顿第二定律的实验方法以及原理说明1、实验方法采用控制变量法，即当研究的某个物理量与两个以上的其他物理量的变化有关时，分别研究该物理量与其中一个物理量之间的变化关系，而设法控制其他物理量不发生变化的一种方法。
本实验中，小车加速度a的大小、方向由外力F、小车质量M共同确定。
研究加速度a与F及M的关系时：（1）控制小车的质量M不变，讨论a与F的关系。
（2）再控制砂和砂桶的质量不变即F不变，改变小车的质量M，讨论a与M的关系。
（3）综合起来，得出a与F、M之间的定量关系。
2、实验思想方法（等效法）小车在长木板上运动时由于要受到摩擦阻力作用，且在改变小车质量时摩擦阻力随之改变，这将给实验带来很多麻烦。
例如，要测知动摩擦因数，计算每改变小车质量后的摩擦阻力，或每改变小车质量后都用“牵引法”调试平衡。
本实验中，巧妙地采用了平衡摩擦阻力的方法：将长木板一端垫起，让小车重力沿斜面的分力把摩擦阻力平衡掉，即等效于小车不受擦擦阻力作用，绳对小车的拉力即为车所受的合外力。
同时小车质量改变后无需重新调试，从而简化了实验程序及计算过程。
3、实验的必要条件（1）小车质量M远大于砂及桶的总质量m，从而近似认为对小车的拉力T等于砂及桶的重力mg。
注意：严格地说，细绳对小车的拉力T并不等于砂和砂桶的重力mg，而是。
推导如下：对砂桶、小车整个系统有：①对小车：②由①②得：由于因此。
若允许实验误差在5％之内，则由由此，在实验中控制（一般说：）时，则可认为，由此造成的系统误差小于5％。
4、数据处理（图像法）在画和图像时，多取点、均分布，达到一种统计平均以减小误差的目的。
同时注意不分析图像，因为两者成不成反比关系不易直接观察。
5、实验的进一步改进本实验以小车为研究对象，以砂桶重力替代牵引力，产生了系统误差。
牛顿第二定律的实验验证
牛顿第二定律的实验验证牛顿第二定律是经典力学的基本定律之一，描述了物体所受力与物体加速度之间的关系。
为了验证牛顿第二定律的有效性，科学家们进行了一系列精确而详尽的实验。
本文将介绍其中几个重要的实验，并阐述其对牛顿第二定律的验证。
实验一：自由落体实验自由落体实验是验证牛顿第二定律的经典实验之一。
实验的基本原理是，当物体在重力作用下自由下落时，其加速度恒定且与物体的质量无关。
实验中，我们可以通过测量下落物体的加速度和质量来验证牛顿第二定律。
为了进行自由落体实验，我们可以选择一个平滑的斜面，在其上方固定一个轻质滑轮。
将一轻质物体（例如小球）系于滑轮上的细线上，使其通过轻质滑轮自由下落。
通过测量小球下落的时间和下落距离，我们可以得到加速度。
然后，我们可以通过改变小球的质量（例如更换不同重量的小球）来进一步验证牛顿第二定律的成立。
实验二：拉力实验拉力实验也是验证牛顿第二定律的重要实验之一。
在这个实验中，我们通过测量施加在物体上的拉力和物体的加速度来验证牛顿第二定律。
为了进行拉力实验，我们可以通过固定一个滑轮和一根细线将物体连接在一起。
在细线的另一端，我们可以施加一个恒定的拉力。
通过测量物体的加速度，并记录施加在物体上的拉力和物体的质量，我们可以得到拉力与加速度之间的关系。
实验结果将表明，牛顿第二定律在这种情况下成立。
实验三：弹簧实验弹簧实验也是验证牛顿第二定律的一种常见实验方法。
在这个实验中，我们通过测量受力物体的位移和加速度，以及弹簧的劲度系数来验证牛顿第二定律。
为了进行弹簧实验，我们可以利用一根弹簧，并将其固定在水平支架上。
通过将物体连接在弹簧的一端，并对物体施加一个恒定的力，我们可以观察到物体受力后的反弹位移，进而测量物体的加速度。
通过记录施加的力、物体的质量和位移，我们可以计算得到弹簧的劲度系数。
实验结果将进一步验证牛顿第二定律的有效性。
总结通过进行自由落体实验、拉力实验和弹簧实验等一系列实验，我们可以确信牛顿第二定律的真实性。
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实验四验证牛顿第二定律（解析版）1.实验原理(1)保持质量不变,探究加速度与合力的关系。
(2)保持合力不变,探究加速度与质量的关系。
(3)作出a-F图象和a-1图象,确定其关系。
m2.实验器材打点计时器、纸带、复写纸、小车、一端附有定滑轮的长木板、小盘、砝码、夹子、细绳、交流电源、导线、天平(带有一套砝码)、刻度尺。
3.实验步骤(1)测量:用天平测量小盘和砝码的质量m',小车的质量m。
(2)安装:按照如图所示的装置把实验器材安装好,但是不把悬挂小盘的细绳系在小车上(不给小车牵引力)。
(3)平衡摩擦力:在长木板不带定滑轮的一端下面垫上一块薄木块,使小车能匀速下滑。
(4)操作:①小盘通过细绳绕过定滑轮系在小车上,先接通电源,后放开小车,打点结束后先断开电源,再取下纸带。
②保持小车的质量m不变,改变小盘和砝码的质量m',重复步骤①。
③在每条纸带上选取一段比较理想的部分,测加速度a。
④描点作图,以m'g作为拉力F,作出a-F图象。
⑤保持小盘和砝码的质量m'不变,改变小车质量m,重复步骤①和③,作出a-1图象。
m4.数据分析(1)利用Δx=aT2及逐差法求a。
(2)以a为纵坐标,F为横坐标,根据各组数据描点,如果这些点在一条过原点的直线上,说明a与F成正比。
为横坐标,描点、连线,如果该线为过原点的直线,就能判定a与m成反比。
(3)以a为纵坐标,1m5.注意事项(1)平衡摩擦力:适当垫高木板的右端,使小车的重力沿斜面方向的分力正好平衡小车和纸带受到的阻力。
在平衡摩擦力时,不要把悬挂小盘的细绳系在小车上,让小车拉着穿过打点计时器的纸带匀速运动。
(2)不重复平衡摩擦力。
(3)实验条件:m≫m'。
(4)“一先一后一按”:改变拉力或小车质量后,每次开始时小车应尽量靠近打点计时器,并应先接通电源,后释放小车,且应在小车到达滑轮前按住小车。
【最新高考真题解析】1.（2020年北京卷）在“探究加速度与物体受力、物体质量的关系”实验中，做如下探究：（1）为猜想加速度与质量的关系，可利用图1所示装置进行对比实验。
两小车放在水平板上，前端通过钩码牵引，后端各系一条细线，用板擦把两条细线按在桌上，使小车静止。
抬起板擦，小车同时运动，一段时间后按下板擦，小车同时停下。
对比两小车的位移，可知加速度与质量大致成反比。
关于实验条件，下列正确的是：________(选填选项前的字母)。
A. 小车质量相同，钩码质量不同B. 小车质量不同，钩码质量相同C. 小车质量不同，钩码质量不同（2）某同学为了定量验证(1)中得到的初步关系，设计实验并得到小车加速度a与质量M的7组实验数据，如下表所示。
在图2所示的坐标纸上已经描好了6组数据点，请将余下的一组数据描在坐标纸上，并作出1a-图像______。
（3）在探究加速度与力的关系实验之前，需要思考如何测“力”。
请在图3中画出小车受力的示意图。
为了简化“力”的测量，下列说法正确的是：__________（选填选项前的字母）。
A．使小车沿倾角合适的斜面运动，小车受力可等效为只受绳的拉力B．若斜面倾角过大，小车所受合力将小于绳的拉力C．无论小车运动的加速度多大，砂和桶的重力都等于绳的拉力D．让小车的运动趋近于匀速运动，砂和桶的重力才近似等于绳的拉力【答案】(1). B (2). (3). A【解析】【详解】（1）[1]为了探究加速度与质量的关系，必须控制小车所受拉力相同，而让小车的质量不同，所以钩码质量相同，故B正确。
（2）[2]数据描点和1aM-图像如图所示（3）[3]A．使小车沿倾角合适的斜面运动，小车所受重力沿斜面的分力刚好等于小车所受的摩擦力，则小车受力可等效为只受绳的拉力，故A正确；B．若斜面倾角过大，重力沿斜面的分力大于摩擦力，小车所受合力将大于绳的拉力，不利于简化“力”的测量，故B错误；C．由牛顿第二定律可知，无论小车运动的加速度多大，砂和桶的重力都大于绳的拉力，故C错误；D．当小车的质量远大于砂和桶的质量时，砂和桶的重力近似等于绳的拉力，故D错误。
故选A。
2.（2020年浙江卷）做“探究加速度与力、质量的关系”实验时，图甲是教材中的实验方案；图乙是拓展方案，其实验操作步骤如下：（ⅰ）挂上托盘和砝码，改变木板倾角，使质量为M的小车拖着纸带沿木板匀速下滑；（ⅱ）取下托盘和砝码，测出其总质量为m，让小车沿木板下滑，测出加速度a；（ⅲ）改变砝码质量和木板倾角，多次测量，通过作图可得到a F-的关系。
①实验获得如图所示的纸带，计数点a、b、c、d、e、f间均有四个点未画出，则在打d点时小车的速度大小d v=_____m/s（保留两位有效数字）；②需要满足条件M m的方案是_____（选填“甲”、“乙”或“甲和乙”）；在作a F-图象时，把mg作为F 值的是_____（选填“甲”、“乙”或“甲和乙”）。
【答案】 (1). 0.18～0.19 (2). 甲 (3). 甲和乙 【解析】【详解】①[1]．打点计时器打点周期0.1s T =由匀加速直线运动中，平均速度等于中间时刻的瞬时速度可得，在打d 点时小车的速度2(38.1030.70)10m/s 0.19m/s 440.1d bf v T --⨯==≈⨯②[2][3]．在图甲的实验方案中，由托盘和砝码的重力提供拉力，让小车做匀加速直线运动，由牛顿第二定律可得()mg M m a =+则ma g m M =⋅+则绳子对小车的拉力MF Ma mg m M==⋅+当Mm 时，绳子拉力近似等于托盘和砝码的重力。
故甲需要满足M m 。
在图乙实验方案中，挂上托盘和砝码，小车匀速下滑，设斜面的倾斜角为θ，斜面和纸带对小车的摩擦力或阻力总和为f ，则有sin Mg f mg θ=+取下托盘和砝码，小车做匀加速直线运动，由牛顿第二定律可得sin Mg f Ma θ-=即mg Ma =故乙方案中，不需要满足Mm 。
在甲乙方案中，均用托盘和砝码的重力mg 作为小车匀加速的直线运动的合力及F 。
【典例1】 (多选)在用实验探究加速度与力、质量的关系时,下列关于实验的思路和数据分析中,正确的是的()。
A.实验的基本思路之一是保持物体质量不变,测量物体在不同力作用下的加速度,分析加速度与力的关系B.实验的基本思路之一是保持物体所受力相同,测量质量不同的物体在该力作用下的加速度,分析加速度和质量的关系C.处理实验数据时,以a为纵坐标,F为横坐标,根据数据在坐标系中描点,若这些点在一条过原点的直线上,说明a与F成正比D.在处理数据时,以a为纵坐标,M为横坐标,根据数据在坐标系中描点,若这些点不在一条过原点的直线上,说明a与M成反比【解析】本实验是利用控制变量法得到a、F、M三者的关系,A、B、C三项符合实验的思路和处理数据的要求;在a-M图象中的点,不是一条过原点的直线,不能说明a与M成反比,故D项错误。
【答案】ABC【针对训练1】某实验小组利用图示的装置探究加速度与力、质量的关系。
(1)(多选)下列做法正确的是(填字母代号)。
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.调节木板倾斜度,平衡小车受到的滑动摩擦力时,将装有砝码的砝码桶通过定滑轮拴在小车上C.实验时,先放开小车再接通打点计时器的电源D.通过增减小车上的砝码改变质量时,不需要重新调节木板的倾斜度(2)为使砝码桶及桶内砝码的总重力在数值上近似等于小车运动时受到的拉力,应满足的条件是砝码桶及桶内砝码的总质量m (选填“远大于”“远小于”或“近似等于”)小车和小车上砝码的总质量M。
(3)小明和小红在同一实验室,各取一套图示的装置放在水平桌面上,小车上均不放砝码,在没有平衡摩擦力的情况下,研究加速度a与拉力F的关系,分别得到图中甲、乙两条直线。
设小明和小红用的小车质量分别为m甲、m乙,小明和小红用的小车与木板间的动摩擦因数分别为μ甲、μ乙,由图可知,m甲m乙,μ甲μ乙。
(选填“大于”“小于”或“等于”)【解析】(1)实验中细绳要与长木板保持平行,A项正确;平衡摩擦力时不能将装有砝码的砝码桶通过细绳绕过滑轮拴在小车上,B项错误;实验时应先接通电源再放开小车,C项错误;平衡摩擦力后,改变小车上的砝码的质量后不再需要重新平衡摩擦力,D项正确。
(2)由整体法和隔离法得到绳的拉力F=Ma=M mgM+m =11+mMmg,可见,当砝码桶和桶内砝码的总质量m远小于小车和小车上砝码的总质量M时,F≈mg。
(3)不平衡摩擦力,则F-μmg=ma,a=Fm-μg,图线斜率大的小车的质量小,纵轴截距绝对值大的动摩擦因数大,因此m甲<m乙,μ甲>μ乙。
【答案】(1)AD(2)远小于(3)小于大于【典例2】如图所示是某同学探究加速度与力、质量的关系时已接通电源正要释放纸带时的情况,请你改正该同学的5个差错:(1)电源;(2)打点计时器位置;(3)滑轮位置;(4)小车位置;(5)长木板。
【解析】探究加速度与力、质量的关系时,打点计时器应接交流电源,且要固定在长木板无滑轮的一端,即应靠右端;释放纸带时小车应靠近打点计时器;连接小车的细线应保持与长木板平行,故应调节滑轮位置使拉线水平;实验时应平衡摩擦力,使小车所受重力沿斜面方向的分力与小车所受摩擦力平衡,故应垫高长木板右端以平衡摩擦力。
【答案】(1)应用交流电源(2)应靠右端(3)应使拉线与长木板平行(4)应靠近打点计时器(5)应垫高右端平衡摩擦力【针对训练2】“探究加速度与物体质量、物体受力的关系”的实验装置如图甲所示,回答下列问题。
甲(1)实验中打出了一条纸带。
纸带上 A 、B 、C 、D 、E 、F 、G 这些点的间距如图乙中所示,其中每相邻两点间还有4个计时点未画出,根据测量结果计算:打C 点时纸带的速度大小为 m/s;纸带运动的加速度大小为 m/s 2。
(结果保留3位有效数字)乙丙(2)某次利用上述已调整好的装置进行实验时,保持钩码总个数不变,小车自身的质量为M 且保持不变,在小车上加不同质量m 的钩码,并测出小车中不同钩码质量所对应的加速度a ,以m 为横坐标, 1a 为纵坐标,在坐标纸上作出如图丙所示的1a -m 关系图线,实验结果验证了牛顿第二定律。
如果图中纵轴上的截距为b ,直线的斜率为k ,则小车受到的拉力大小为 ,小车的质量为 。
【解析】(1)因纸带上两相邻计数点的时间间隔T=0.10 s,设s 1=9.50 cm,s 2=11.00 cm,s 3=12.55 cm,s 4=14.00 cm,s 5=15.50 cm,s 6=17.05 cm,则打C 点时纸带的速度大小v C =s 2+s32T ≈1.18 m/sa=(s 4+s 5+s 6)-(s 1+s 2+s 3)9T 2=1.50 m/s 2。