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0.02s.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/s.（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） -22

0.196 0.392 0.588 0.784 0.980 0.69 1.18 1.66 2.18 2.70 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) 0.16 (0.15也算对) ；（2）（见图）；（3）未计入砝码盘的重力。

2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?x?at，关键弄清

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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=0.1s，?x?（3.68-3.52）?10?2m，带入可得加速度a=0.16m/s。也可以使用最后一段和第二段的位移差求解，得加速度

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a=0.15m/s2.

（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）

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（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．（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及对应的数据如下表：

实验次数 小车加速度a/m·s小车质量m/kg –2 2

1，m1 2 3 4 5 6 7 8 0.633 0.572 0.497 0.418 0.332 0.250 0.167 0.101 0.25 0.29 0.33 0.40 0.50 0.71 1.00 1.67 2

小车质量倒数1/kg?1 4.00 3.45 3.03 2.50 2.00 1.41 1.00 0.60 m

请在方格坐标纸中画出a?11图线,并从图线求出小车加速度a与质量倒数

mm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)0.510 (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) 1.0 2.0 4.0 6.0 8.1 F（N） 0.5 1.0 2.0 3.0 4.0

（1）分别画出a ~F图象和a~1/M图象。

a(m·s—2) 1(kg?1) M1.0 2.0 2.7 3.0 4.0 0.25 0.50 0.69 0.80 1.0 3

（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：

请根据实验数据作出小车的v-t图像。

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（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vC是______m/s； （2）计算该物体的加速度a为________m/s；

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