验证牛顿第二定律实验(有答案)

验证牛顿第二定律
1.（10分）“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。

（1）在平衡小车与桌面之间摩擦力的过程中，打出了一条纸袋如图乙所示。

计时器打点的时间间隔为.从比较清晰的点起，每5个点取一个计数点，量出相邻计数点之间的距离。

该小车的加速度a=______m/s2.（结果保留两位有效数字）
（2）平衡摩擦力后，将5个相同的砝码都放在小车上.挂上砝码盘，然后每次从小车上取一个砝码添加到砝码盘中，测量小车的加速度。

小车的加速度a与砝码盘中砝码总重力F的实验数据如下表：
砝码盘中砝码总重力F(N)—
加速度a（m·s-2）
请根据实验数据作出a-F的关系图像.
.
（3）根据提供的试验数据作出的a-F图线，请说明图像不过原点主要原因。

答案：(1) 也算对) ；（2）（见图）；（3）未计入砝码盘的重力。

解析：（1）处理匀变速直线运动中所打出的纸带，求解加速度用公式2at x =∆，关键弄清公式中各个量的物理意义，x ∆为连续相等时间内的位移差，t 为连需相等的时间间隔，如果每5个点取一个点，则连续两点的时间间隔为t =，=∆x （）210-⨯m ，带入可得加速度a =s 2。

也可以使用最后一段和第二段的位移差求解，得加速度a =s 2. （2）根据图中的数据，合理的设计横纵坐标的刻度值，使图线倾斜程度太小也不能太大，以与水平方向夹角45°左右为宜。

由此确定F 的范围从0设置到1N 较合适，而a 则从0到3m/s 2较合适。

设好刻度，根据数据确定个点的位置，将个点用一条直线连起来，延长交与坐标轴某一点。

如图所示。

（3）处理图象问题要注意图线的斜率、交点、拐点、面积等意义，能正确理解这些量的意义则很多问题将会迎刃而解。

与纵坐标相交而
不过原点，该交点说明当不挂砝码时，小车仍由加速度，即绳对小车仍有拉力，从此拉力的来源考虑很容易得到答案，是因为砝码盘的重力，而在（2）问的图表中只给出了砝码的总重力，而没有考虑砝码盘的重力。

2. 某同学设计了一个探究小车的加速度a 与小车所受拉力F 及质量m 关系的实验，图（a ）为实验装置简图．（所用交变电流的频率为50Hz ）
（1）图（b ）为某次实验得到的纸带，实验数据如图，图中相邻计数点之间还有4个点未画出，根据纸带可求出小车的加速度大小为 m/s 2．（保留三位有效数字）
（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
m
1
，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
？
小车质量m/kg
:
小车质量倒数1/1
-kg m
—
请在方格坐标纸中画出m
a 1
-
图线,并从图线求出小车加速度a 与质量倒数m 1
之间的关系式是 ．
（3）保持小车质量不变，改变砂和砂桶质量，一位同学根据实验数据
！
作出了加速度a 随拉力F 的变化图线如图所示。

该图线不通过原点，其主要原因 是______________________________________ ．
答案：(1) (2)略 (3)没有平衡摩擦力
3. 在探究牛顿第二定律实验中，得到以下数据：物体质量不变时，加速度a 与物体所受合力F 的对应数据如表1；物体所受合力不变时，加速度a 和物体质量的倒数1/M 的对应数据如表2。

表1 表2 a (m ·s —
2)
—
F
（N ）
（1）分别画出a ~F 图象和a ~1/M 图象。

（2）由a ~F 图象得到的结论是 ； 由a ~1/M 图象得到的结论是 答案：（1）如图所示
（2）物体的加速度与物体所受的合力成正比 物体的加速度与物体的质量成反比
4. 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（如图所示）。

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）往砝码盘中加入一小砝码，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）从纸带上选取若干计数点进行测量，得出各计数点的时间t 与速度v 的数据如下表：
a (m ·s —2
)
@
)(1
1 kg M
？
请根据实验数据作出小车的v-t图像。

（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图象简要阐述理由。

答案：
#
5.在做“研究匀变速直线运动”的实验时，某同学得到一条用打点计时器打下的纸带，并在其上取了A、B、C、D、E、F等6个计数点（每相邻两个计数点间还有4个打点计时器打下的点，本图中没有画出）打点计时器接的是220V、50Hz的交变电流．他把一把毫米刻度尺放在纸带上，其零刻度和计数点A对齐．（下述第（1）、（2）、（3）小题结果均保留两位有效数字）
（1）由以上数据计算打点计时器在打C点时，物体的即时速度v C是______m/s；
（2）计算该物体的加速度a为________m/s2；
（3）纸带上的A点所对应的物体的即时速度v A=______m/s；
（4）如果当时电网中交变电流的频率是f=49Hz，而做实验的同学并不知道，那么由此引起的系统误差将使加速度的测量值比实际值偏_______（填“大”或“小”）．
答案：（1）；（2）；（3）；（4）大
6.在“探究”加速度与力、质量的关系的实验中，采用如图A所示的实验装置，小车及车中砝码的质量用M表示，盘及盘中砝码的质量用m表示，小车的加速度可由小车后拖动的纸带由打点计时器打出的点计算出．
|
①当M与m的大小关系满足时，才可以认为绳对小车的拉力大小等于盘和盘中砝码的重力．
②一组同学在做加速度与质量的关系实验时，保持盘及盘中砝码的质量一定，改变小车及车中砝码的质量，测出相应的加速度．采用图象法处理数据．为了比较容易地检查出加速度a 与质量M的关系，应该做a与_______的图象．
③如图B所示为甲同学根据测量数据作出的a—F图象，说明实验存在的问题是．
④乙、丙同学用同一装置做实验，画出了各自得到的a-F图象如图C所示，两个同学做实验时的哪一个物理量取值不同__________ ．
7.某实验小组采用图示的装置探究“恒力拉动下小车的运动情况”，图中小车中可放置砝码，实验中，小车碰到制动装置时，钩码尚未到达地面，打点针时器工作频率为50 Hz．
（1）实验的部分步骤如下，请将步骤②补充完整：
,
①在小车中放入砝码，把纸带穿过打点计时器，连在小车后端，用细线连接小车和钩码；
②将小车停在打点计时器附近，，，小车拖动纸带，打点计时器在纸带上打下一系列点，断开开关，取下纸带。

③改变钩码或小车中砝码的数量，更换纸带，重复②的操作。

（2）下图是钩码质量为kg，砝码质量为kg时得到的一条纸带，在纸带上选择起始点0及A、B、C、D和E五个计数点，通过数据处理可获得各计数点对应时刻小车的瞬时速度
v,V A= ，V B= ，V C= ，V D= ，
右表是纸带的测量结果（填补表格空白位置）
（3）由纸带和测量数据不难看出，纸带的（“左”或“右”）端是系小车的。

答案：（1）接通电源；释放小车
（2），（无估读不给分）；
（3）左
;
8.“测量纸带运动加速度”实验中利用打点计时器得到一条纸带，纸带上A、B、C、D、E、
F、G这些点的间距如图中标示，其中每相邻两点间还有4个点未画出。

根据测量结果计算：
(1)打C点时纸带的速度大小：_______________m/s；(2)纸带运动的加速度大小：________________m/s2。

(结果保留3位有效数字)
答案：m/s；m/s2。

9.某同学在做“研究匀变速直线运动”实验时，从打下的若干纸带中选出了如图所示的一条（每两点间还有4个点没有画出来），图中上部的数字为相邻两个计数点间的距离。

打点计时器的电源频率为50Hz。

如果用S1、S2、S3、S4、S5、S6 来表示各相邻两个计数点间的距离由这些已知数据计算：该匀变速直线运动的加速度的表达式为a=__________________。

其大小为a=_____m/s2
与纸带上D点相对应的瞬时速度v=_________ m/s。

（答案均要求保留3位有效数字）
解：①
()()
2
3
2
1
6
5
4
9T
s
s
s
s
s
s
a
+
+
-
+
+
=
，s2（用逐差法或图象法求。

）②s。