第四章　专题强化16　实验：验证牛顿第二定律.docxVIP

专题强化16实验：验证牛顿第二定律

[学习目标]1.进一步理解探究加速度与力、质量的关系的实验方法(重点)。2.会利用牛顿第二定律分析实验数据和实验误差(难点)。

1.在“探究加速度与力、质量的关系”实验中，为什么当槽码质量远小于小车质量时，绳子的拉力接近于槽码的重力？

答案对小车有FT＝Ma

对槽码有mg－FT＝ma

则mg－FT＝mFT

mg＝FT(1＋mM

故当M?m时，FT≈mg。

2.当小车质量一定时，若由实验得出的a－F图像如图所示，请分析出现问题的原因？

答案①是因为平衡阻力过度

②是因为平衡阻力不彻底或未平衡阻力

③小车的加速度a＝mgM+m＝1M+mF，a－F图像的斜率k＝1M

例1(2023·淮安市高一期末)为了“探究加速度与力、质量的关系”，现提供如图甲所示的实验装置。

(1)以下实验操作正确的是。?

A.将木板不带滑轮的一端适当垫高，使小车在砝码及砝码盘的牵引下恰好做匀速运动

B.调节滑轮的高度，使细线与木板平行

C.先接通电源，后释放小车

D.实验中小车的加速度越大越好

(2)在实验中得到一条如图乙所示的纸带，已知相邻的计数点间的时间间隔为T＝0.1s，且间距x1、x2、x3、x4、x5、x6已量出，分别为3.09cm、3.43cm、3.77cm、4.10cm、4.44cm、4.77cm，则打C点时，小车速度大小vC＝m/s，小车加速度大小a＝m/s2(结果均保留2位有效数字)。?

(3)有一组同学保持小车及车中的钩码质量一定，探究加速度a与所受外力F的关系，他们在木板水平及倾斜两种情况下分别做了实验，得到了两条a－F图线，如图丙所示，图线(填“①”或“②”)是在木板倾斜情况下得到的，小车及车中钩码的总质量m＝kg。?

答案(1)BC(2)0.360.34(3)①0.5

解析(1)将木板不带滑轮的一端适当垫高，在不挂砝码及砝码盘的情况下使小车恰好做匀速运动，以使小车重力沿木板的分力和摩擦力抵消，那么小车所受的合力就是细线的拉力，A错误；细线的拉力为小车所受的合力，所以应调节定滑轮的高度，使细线与木板平行，B正确；实验时，应使小车靠近打点计时器由静止释放，先接通电源，后释放小车，C正确；实验时，为了减小实验的误差，小车的加速度应适当大一些，但不是越大越好，D错误。

(2)打C点时，小车速度大小vC＝x2+x32T

根据逐差法得

a＝x6

(4.77+4.44+4.10-3.77-3.43-3.09)×10-2

≈0.34m/s2

(3)由图线①可知，当F＝0时，a≠0，也就是说当细线上没有拉力时，小车就有加速度，所以图线①是木板倾斜情况下得到的，

根据F＝ma得a－F图像的斜率k＝1

由a－F图像得图像斜率k＝2kg－1，

所以m＝0.5kg。

例2(2024·无锡市高一期末)某班学习小组用如图实验装置“探究加速度与力、质量的关系”。

(1)如图是实验时平衡阻力的情形，其中正确的是(选填字母)。?

(2)利用测量数据可得到小车质量M一定时，小车运动的加速度a和所受拉力F(F＝mg，m为沙和小桶的总质量，g为当地重力加速度)的关系图像如图所示。拉力F较大时，a－F图线明显弯曲，若不断增加小桶中沙的质量，a－F图像中各点连成的曲线将不断延伸，那么加速度a的趋向值为(用题中出现的物理量表示)，为避免a－F图线出现弯曲，可采取的措施是。?

A.测小车的加速度时，利用速度传感器代替纸带和打点计时器

B.在增加桶内沙子质量的同时，在小车上增加砝码，确保沙和小桶的总质量始终远小于小车和砝码的总质量

C.将无线力传感器捆绑在小车上，再将细线连在力传感器上，用力传感器读数代替沙和小桶的重力

D.实验次数不变，每次增加桶内沙子的质量时，增幅小一点

答案(1)B(2)gC

解析(1)为了减小实验误差，使得细线的拉力等于合外力，需要先平衡阻力，故需要将长木板的一端垫起适当的高度，让小车连着已经穿过打点计时器的纸带，撤去沙和小桶，给打点计时器通电，轻推小车，由打出的纸带来判断小车是否做匀速运动。故选B。

(2)若不断增加小桶中沙的质量，a－F图像中各点连成的曲线将不断延伸，当沙和沙桶的质量无限大时，沙和沙桶将近似做自由落体运动，所以加速度a的趋向值为g。

为避免a－F图线出现弯曲，又由于本实验研究的是加速度与力的关系，故需要保证小车的总质量不变。可采取的简便有效方法是准确测出小车所受的拉力，即将无线力传感器捆绑在小车上，再将细线连在力传感器上，用力传感器读数代替沙和小桶的重力，继而直接测出小车所受拉力，故选C。

例3用如图甲所示的实验装置探究“加速度与力、质量的关系”。

(1)实验中，以沙和桶的总重力作为