牛顿第二定律实验练习题(含答案).doc

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·s－2)
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)
(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及对应的数据如下表：
实验次数
1
2
3
4
5
6
7
8
小车加速度a/m·s－2
1.90
1.72
1.49
1.25
1.00
0.75
0.50
0.30
小车质量m/kg
0.25
0.29
0.33
0.40
0.50
0.71
1.00
1.67
/kg－1
4.00
3.45
3.03
2.50
2.00
1.41
1.00
0.60

　 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速度a与质量倒数之间的关系式是________________________

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
2.01
2.98
4.02
6.00
F/N
1.00
2.00
3.00
5.00
位移传感器
（接收器）
小车
位移传感器
（发射器）
重物
轨道

（1）在坐标纸上作出小车加速度a和拉力F的关系图线；
3.0
a/ms-2
1.0
0
2.0
4.0
2.0
6.0
4.00
F/N

（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）
小车
力传感器
位移传感器
（发射器）
重物
轨道

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
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错误；当m1＝2m2、F1＝F2时，a1＝a2，再由x＝at2可得：x1＝x2，故C错误，D正确．
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＝＝
＝m/s2
≈3.2 m/s2
(2)如图所示，a＝ N

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．
(3)由v1＝，v2＝，v22－v12＝2ax
可得：a＝.
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＝
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