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1、1 高中物理验证牛顿运动定律实验 1(2016 全国卷 ) 某物理课外小组利用图(a) 中的装置探究物体加速度与其所受合外力之间的关 系。图中，置于实验台上的长木板水平放置，其右端固定一轻滑轮；轻绳跨过滑轮，一端与放在木板上 的小滑车相连，另一端可悬挂钩码。本实验中可用的钩码共有N5 个，每个质量均为0.010 kg。实验步 骤如下： 图(a) (1) 将 5 个钩码全部放入小车中，在长木板左下方垫上适当厚度的小物块，使小车( 和钩码 ) 可以在木 板上匀速下滑。 (2) 将n( 依次取n1,2,3,4,5)个钩码挂在轻绳右端，其余Nn个钩码仍留在小车内；用手按住小 车并使轻绳与木板平行。释放
2、小车，同时用传感器记录小车在时刻t相对于其起始位置的位移s，绘制 s-t图像，经数据处理后可得到相应的加速度a。 (3) 对应于不同的n的a值见下表。n2 时的s-t图像如图 (b) 所示；由图 (b) 求出此时小车的加速 度( 保留 2 位有效数字 ) ，将结果填入下表。 n 12345 a/(m s 2) 0.200.580.781.00 (4) 利用表中的数据在图(c) 中补齐数据点， 并作出a-n图像。从图像可以看出：当物体质量一定时， 物体的加速度与其所受的合外力成正比。 图(b) 2 图(c) (5) 利用a-n图像求得小车 ( 空载 ) 的质量为 _kg( 保留 2位有效数字，
3、重力加速度取g9.8 m s 2) 。 (6) 若以“保持木板水平”来代替步骤(1) ，下列说法正确的是_( 填入正确选项前的标号) 。 Aa-n图线不再是直线 Ba-n图线仍是直线，但该直线不过原点 Ca-n图线仍是直线，但该直线的斜率变大 解析： (3) 根据题图 (b) 可知，当t2.00 s 时，位移s0.78 m ，由s1 2at 2，得加速度 a2s t 20.39 m/s 2。 (4) 描点及图像如图所示。 (5) 由(4) 图像求得斜率k0.20 m/s 2。由牛顿第二定律得 nmg(MNm)a，整理得a mg MNm n，即k mg MNm ，代入数据得M0.44 kg 。
4、(6) 若保持木板水平，则所挂钩码总重力与小车所受摩擦力的合力提供加速度，即nmgM(N 3 n)mg(MNm)a，整理得a 1mg MNm ng，可见an图线仍是直线，但不过原点，且斜率变大， 选项 B 、C正确。 答案： (3)0.39 (4) 见解析(5)0.44 (6)BC 2(2019 广东化州二模) 某小组同学用DIS 研究加速度与力的关系的实验装置如图(a) 所示。实验 中通过增加钩码的数量，多次测量，可得小车运动的加速度a和所受拉力F的关系图像。他在轨道水平 和倾斜的两种情况下分别做了实验，得到了两条a-F图线，如图 (b) 所示。 (1) 图线 _( 选填“”或“”) 是在轨
5、道右侧抬高成为斜面情况下得到的； (2) 在轨道水平时小车运动的阻力f_； (3) 图(b) 中，拉力F较大时，a-F图线明显弯曲， 产生误差。 为消除此误差可采取的措施是_。 A调整轨道的倾角，在未挂钩码时使小车能在轨道上匀速运动 B在增加钩码数量的同时在小车上增加砝码，使钩码的总质量始终远小于小车的总质量 C在钩码与细绳之间接入一力传感器，用力传感器读数代替钩码的重力 D更换实验中使用的钩码规格，采用质量较小的钩码进行上述实验 解析： (1) 由题图 (b) 中的图线可知，当F0 时，a0。也就是说当绳子上没有拉力时小车有加速 度，所以图线是在轨道右侧抬高成为斜面情况下得到的。 (2) 图
6、线是在轨道水平时做实验得到的，由图像可知当拉力等于0.5 N 时，加速度恰好为零，即刚 好拉动小车，此时fF0.5 N 。 (3) 造成此误差的主要原因是所挂钩码的总质量太大，而我们用钩码的重力作为小车所受的拉力，所 以消除此误差可采取的简便且有效的措施是测量出小车所受的拉力，即在钩码与细绳之间接入一力传感 器，得到力F的数值，再作出小车运动的加速度a和力传感器读数F的关系图像，故C正确。 答案： (1) (2)0.5 N (3)C 3如图甲所示是某同学在探究“物体质量一定时，加速度与合外力的关系”的实验装置，实验时将 小车从光电门A的右侧由静止释放，与光电门连接的数字计时器可以测量遮光片经过
7、光电门A、B所用的 时间tA、tB，回答下列问题。 4 (1) 下列实验要求必须满足的是_。 A保证沙桶和沙的质量远小于小车的质量 B保持沙和沙桶的质量不变 C保持穿过光电门的细线与长木板平行 D保持小车的质量不变 (2)为 测 算 小 车 的 加 速 度 ， 实 验 中 还 需 要 测 量 的 物 理 量 有 _ 和 _。 (3) 实验中改变沙和沙桶的质量，得到小车加速度a与测力计示数F的对应关系如图乙所示，图线不 经过原点，可能的原因是_ 。 解析： (1) 由于该实验装置的连接方式，沙桶和小车不具有共同的加速度，小车是在细线的拉力作用 下加速运动，此拉力可由测力计示数获得，不需要用沙和沙
8、桶的重力来代替，故不要求沙桶和沙的质量 远小于小车的质量，故A 错误；根据控制变量法原理可知，探究物体质量一定，加速度与合外力的关系 时要保持小车的质量不变，改变沙和沙桶的质量，故B错误， D正确；保持穿过光电门的细线与长木板平 行，使平衡摩擦力后，细线的拉力等于小车受到的合外力，故C正确。 (2) 已经知道遮光片经过光电门A、B所用的时间tA、tB，则需要测量遮光片的宽度d，从而求出经过 A、B时的速度，要求出加速度，可根据匀变速直线运动位移与速度关系求解，所以还要测出光电门A、B 间的距离。 (3) 图线不通过坐标原点，F不为零时，加速度仍为零，则实验前未平衡摩擦力或平衡摩擦力不足。 答案
9、： (1)CD (2) 遮光片的宽度光电门A、B间的距离(3) 未平衡摩擦力或平衡摩擦力不足 4(2019 全国卷 ) 如图 (a) ，某同学设计了测量铁块与木板 间动摩擦因数的实验。所用器材有：铁架台、长木板、铁块、米尺、 电磁打点计时器、频率50 Hz的交流电源、纸带等。回答下列问题： (1) 铁块与木板间动摩擦因数_( 用木板与水平面的 夹角、重力加速度g和铁块下滑的加速度a表示 ) 。 (2) 某次实验时， 调整木板与水平面的夹角使30。接通电 源，开启打点计时器，释放铁块，铁块从静止开始沿木板滑下。多次重复后选择点迹清晰的一条纸带， 如图 (b) 所示。图中的点为计数点( 每两个相邻
10、的计数点间还有4 个点未画出 ) 。重力加速度为9.80 m/s 2。 可以计算出铁块与木板间的动摩擦因数为_( 结果保留2位小数 )。 5 解析： (1) 铁块受重力、木板弹力及摩擦力作用，由牛顿第二定律得： mgsin FNma 且FNmgcos 解以上两式得gsin a gcos 。 (2) 由逐差法求铁块加速度： a x5x6x7x1x2x3 12T 2 76.39 31.8320.90 120.1 210 2 m/s21.97 m/s2 代入gsin a gcos ，得0.35 。 答案： (1) gsin a gcos (2)0.35 5(2019 武汉调研 ) 英国科学家阿特伍德
11、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，此后系统匀速运动，测得此速度即可求出系统加速过程的 加速度。 如图甲所示，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，测出右侧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，如图乙所示，则d_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：_。( 已 知重 解析： (1) 该遮光片的宽度d5 mm0.05 mm125.60 mm0.560 cm 。 6 (2) 由vd t ，v 22ah 可得a d 2 2ht 2。 (3) 对系统：若有mg(m2M)a，即可验证牛顿第二定律，则在误差允许的范围内，应有：mg(m 2M) d 2 2ht 2。 答案： (1)0.560 (2) d 2 2ht 2(3)mg(m2M) d 2 2ht 2
