高考物理一輪復習教案：實驗二、驗證牛頓第二定律

我的偶像是牛頓物理個性化教案實驗模型真多變，全靠原理定乾坤！??！ 實驗二、驗證牛頓第二定律

實驗原理F1、M不變，驗證F合保持小車質(zhì)量不變，改變小桶內(nèi)砂的質(zhì)量，從而改變細線對小車的牽引力，測出小車的對應加速度，作出加速度和力的關系圖線，驗證加速度是否與外力成正比。2、F合不變，驗證a保持小桶和砂的質(zhì)量不變，在小車上加減砝碼，改變小車的質(zhì)量，測出小車的對應加速度，作出加速度和質(zhì)量倒數(shù)的關系圖線，驗證加速度是否與質(zhì)量成反比要點一、F牽≠F合必須平衡摩擦力（也叫補償阻力）砂和小桶的總質(zhì)量要遠小于小車和砝碼的總質(zhì)量的[mg=三、實驗器材小車，砝碼，小桶，砂，細線，附有定滑輪的長木板，墊木，打點計時器，低壓交流電源，導線兩根，紙帶，托盤天平及砝碼，米尺等。四、實驗步驟1.用天平測出小車和小桶的質(zhì)量M和M·2.按如圖裝置把實驗器材安裝好，只是不把掛小桶用的細線系在小車上，即不給小車加牽引力。

3.平衡摩擦力:在長木板的不帶定滑輪的一端下面墊上墊木，反復移動墊木的位置，直至小車在斜面上可以保持勻速直線運動狀態(tài)(也可以從紙帶上打的點是否均勻來判斷)。

4.在小車上加放砝碼，小桶里放入適量的砂，把砝碼和砂的質(zhì)量m和m.記錄下來。把細線系在小車上并繞過滑輪懸掛小桶，接通電源，放開小車，打點計時器在紙帶上打下一系列點，取下紙帶，在紙帶上寫上編號。

5.保持小車的質(zhì)量不變，改變砂的質(zhì)量(要用天平稱量)，按步驟4再做5次實驗。

6.算出每條紙帶對應的加速度的值。7.用縱坐標表示加速度a，橫坐標表示作用力，即砂和桶的總重力(M'+m)g，根據(jù)實驗結(jié)果在坐標平面上描出相應的點，作圖線。若圖線為一條過原點的直線，就證明了研究對象質(zhì)量不變時其加速度與它所受作用力成正比。

8.保持砂和小桶的質(zhì)量不變，在小車上加放砝碼，重復上面的實驗，并做好記錄，求出相應的加速度，用縱坐標表示加速度a橫坐標表示小車和車內(nèi)砝碼總質(zhì)量的倒數(shù)，在坐標平面上根據(jù)實驗結(jié)果描出相應的點，并作圖線，若圖線為一條過原點的直線，就證明了研究對象所受作用力不變時其加速度與它的質(zhì)量成反比。

11．（2022·山東日照·三模）某同學利用圖甲所示的裝置探究“加速度與合外力的關系”，實驗操作步驟如下∶（i）掛上沙桶（含沙礫），改變木板的傾角，使小車拖著紙帶沿木板勻速下滑；（ii）取下沙桶，測出沙桶（含沙礫）的質(zhì)量m，讓小車沿木板下滑，測出加速度大小a；（iii）改變沙桶內(nèi)沙礫的質(zhì)量和木板傾角，多次測量，通過作圖可得的關系?；卮鹨韵聠栴}∶（1）實驗中必要的是______A．與小車相連的細線必須與長木板平行B．平衡摩擦力時要取下細繩和沙桶C．先接通打點計時器的電源再釋放小車D．電火花打點計時器應選用4~6V交變電源（2）實驗獲得多條紙帶，其中一條如圖乙所示，計數(shù)點a、b、c、d、e間均有四個點未畫出，電源的頻率是50Hz，小車的加速度大小a=___m/s2（保留兩位有效數(shù)字）。（3）把沙桶（含沙礫）的重力mg作為小車受到的合力F，作出圖像，當沙桶（含沙礫）的質(zhì)量接近小車的質(zhì)量后，可能會出現(xiàn)圖丙中的圖線____（選填①、②或③）。12．（2022·湖北·荊州中學三模）某研究性學習小組設計了如圖甲所示的實驗裝置，用于“探究質(zhì)量一定時，加速度a與物體所受合力F的關系”。某次實驗中，測得兩物塊質(zhì)量分別為、，傳感器示數(shù)為F，打出的紙帶如圖乙所示，相鄰計時點A、B、C、D、E間距依次為s1、s2、s3、s4，打點計時器打點頻率為f，不計滑輪質(zhì)量及摩擦。

（1）根據(jù)實驗打出的紙帶計算出紙帶加速度______（用題中物理量字母表示）；（2）根據(jù)圖甲所示的試驗裝置，兩物體的質(zhì)量必須滿足______（填“>”“<”或“=”）；（3）實驗時，關于實驗研究對象的選取下列說法正確的一項是______。A．若以為研究對象，受到的合力大小應表示為B．若以為研究對象，受到的合力大小應表示為C．若以為研究對象，受到的合力大小應表示為D．若以為研究對象，受到的合力大小應表示為13．（2022·海南·昌江黎族自治縣礦區(qū)中學三模）在探究加速度與物體所受合外力和質(zhì)量間的關系時，采用如圖1所示的實驗裝置，小車及車中的砝碼質(zhì)量用M表示，盤及盤中的砝碼質(zhì)量用m表示，小車的加速度可通過小車拖動的紙帶由打點計時器打出的點計算得出：（1）當M與m的大小關系滿足___________時，才可以認為繩子對小車的拉力大小等于盤和砝碼的重力。（2）一組同學在先保持盤及盤中的砝碼質(zhì)量一定，探究加速度與質(zhì)量的關系，以下做法正確的是___________A．平衡摩擦力時，應將盤及盤中的砝碼用細繩通過定滑輪系在小車上B．每次改變小車的質(zhì)量時，不需要重新平衡摩擦力C．實驗時，先放開小車，再接通打點計時器電源D．小車運動的加速度可用天平測出m以及小車質(zhì)量M，直接用公式求出（3）在保持小車及車中的砝碼質(zhì)量M一定，探究加速度與所受合外力的關系時，由于平衡摩擦力時操作不當，兩位同學得到的a-F關系分別如圖2中C、D所示（a是小車的加速度，F(xiàn)是細線作用于小車的拉力）。其原因分別是：C圖___________，D圖___________。14．（2022·天津市西青區(qū)楊柳青第一中學模擬預測）在“探究加速度與物體受力、物體質(zhì)量的關系”實驗中，做如下探究：（1）為猜想加速度與質(zhì)量的關系，可利用圖1所示裝置進行對比實驗。兩小車放在水平板上，前端通過鉤碼牽引，后端各系一條細線，用板擦把兩條細線按在桌上，使小車靜止。抬起板擦，小車同時運動，一段時間后按下板擦，小車同時停下。對比兩小車的位移，可知加速度與質(zhì)量大致成反比。關于實驗條件，下列正確的是：______（選填選項前的字母）。A．小車質(zhì)量相同，鉤碼質(zhì)量不同B．小車質(zhì)量不同，鉤碼質(zhì)量相同C．小車質(zhì)量不同，鉤碼質(zhì)量不同（2）在探究加速度與力的關系實驗之前，需要思考如何測“力”。為了簡化“力”的測量，如圖2所示，下列說法正確的是：______（選填選項前的字母）。A．使小車沿傾角合適的斜面運動，小車受力可等效為只受繩的拉力B．若斜面傾角過大，小車所受合力將小于繩的拉力C．無論小車運動的加速度多大，砂和桶的重力都等于繩的拉力D．讓小車的運動趨近于勻速運動，砂和桶的重力才近似等于繩的拉力15．（2022·天津·模擬預測）某實驗小組利用圖示的裝置探究加速度與力、質(zhì)量的關系。①下列做法正確的是______（填字母代號）A．調(diào)節(jié)滑輪的高度，使牽引木塊的細繩與長木板保持平行B．在調(diào)節(jié)木板傾斜度平衡木塊受到的滑動摩擦力時，將裝有砝碼的砝碼筒通過定滑輪拴在木塊上C．實驗時，先放開木塊再接通打點計時器的電源D．通過增減木塊上的砝碼改變質(zhì)量時，不需要重新調(diào)節(jié)木板傾斜度②為使砝碼及桶內(nèi)砝碼的總重力在數(shù)值上近似等于木塊運動時受到的拉力，應滿足的條件是砝碼桶及桶內(nèi)砝碼的總質(zhì)量______木塊和木塊上砝碼的總質(zhì)量（填“遠大于”、“遠小于”或“近似等于”）③甲、乙兩同學在同一實驗室，各取一套圖示的裝置放在水平桌面上，木塊上均不放砝碼，在沒有平衡摩擦力的情況下，研究加速度a與拉力F的關系，分別得到圖中甲、乙兩條直線。設甲、乙用的木塊質(zhì)量分別為、，甲、乙用的木塊與木板間的動摩擦因數(shù)分別為，，由圖可知，______，______。（填“大于”、“小于”或“等于”）16．（2022·湖南·新寧崀山實驗學校三模）某同學設計了一個驗證加速度a與物體所受合力F及質(zhì)量m關系的實驗，圖甲為實驗裝置簡圖。（交流電的頻率為50Hz）（1）圖乙為某次實驗得到的紙帶，根據(jù)紙帶可求出小車的加速度大小為_________m/s2。（計算結(jié)果保留二位有效數(shù)字）（2）保持小車的質(zhì)量不變，改變桶內(nèi)砝碼的質(zhì)量，某位同學根據(jù)實驗數(shù)據(jù)分別作出了加速度a隨合力F的變化圖線如圖丙所示，圖線上部出現(xiàn)了彎曲并偏離原來的直線，其主要原因是___________；若從小車中取出砝碼放入桶中，并以桶、桶中的砝碼、車和車中的砝碼整體為研究對象，圖線上部___________（填“會”或“不會”）彎曲。17．（2022·廣東·深圳市光明區(qū)高級中學模擬預測）某實驗小組想通過如下裝置測定物塊與木板間的動摩擦因數(shù)和驗證牛頓第二定律。步驟1，平衡摩擦力：不掛鉤碼時將木板左端抬高，不同高度下輕推物塊，通過觀察紙帶上打出的點確定物塊的運動情況。若發(fā)現(xiàn)紙帶上打出的點間隔越來越大，則應該_____________（選填“增大”或“減小”）木板左端的高度。當物塊勻速運動時固定木板，測得左端距離桌面的高度，木板總長度，則物塊與木板間的動摩擦因數(shù)為________。（用和表示）步驟2，探究與的關系：保持物塊的質(zhì)量不變，掛上不同鉤碼（所掛鉤碼總質(zhì)量始終遠小于物塊質(zhì)量），計算對應測得紙帶的加速度。由于，則物塊運動加速度與所掛鉤碼的質(zhì)量成正比時即可驗證牛頓第二定律。步驟3，探究與的關系：保持所掛鉤碼的質(zhì)量不變，改變物塊質(zhì)量，分別計算對應測得紙帶的加速度。驗證物塊運動加速度與物塊質(zhì)量的關系時________（選填“需要”或“不需要”）滿足所掛鉤碼總質(zhì)量始終遠小于物塊質(zhì)量。18．（2022·江蘇·模擬預測）用如圖所示的裝置探究加速度與質(zhì)量的關系，把右端帶有滑輪的長木板放在實驗桌上，小車的左端連接穿過打點計時器的紙帶，右端連接細線，細線繞過定滑輪掛有托盤和砝碼，通過墊塊調(diào)節(jié)木板左端高度平衡摩擦力。（1）由于小車所受阻力f的大小難以測量，為了盡量減小實驗的誤差，需盡可能降低小車所受阻力f的影響，以下采取的措施必要的是_____________。A．適當墊高長木板無滑輪的一端，使未掛托盤和砝碼時小車被輕推后恰能拖著紙帶勻速下滑B．應使托盤和砝碼的總質(zhì)量m遠小于小車（含砝碼）的總質(zhì)量MC．定滑輪的輪軸要盡量光滑D．改變小車（含砝碼）總質(zhì)量M后，小車對長木板正壓力改變，需重新平衡摩擦力（2）實驗中保持托盤和砝碼的總質(zhì)量m不變，改變小車（含砝碼）的總質(zhì)量M，進行實驗打出紙帶，算出相應的加速度a，數(shù)據(jù)如下表所示，請在圖丙中根據(jù)描出的點作出圖像_______；由圖像可得出的結(jié)論是_______________________。托盤和砝碼總質(zhì)量為20ga/（m?s-2）2.401.991.431.251.110.770.620.480.24M/kg0.060.080.120.140.160.240.300.400.8016.6712.508.337.146.254.173.332.501.25（3）某小組在實驗中作出圖像如圖丁所示，圖像斜率的物理意義是___；若圖像縱截距為b，斜率為k，則托盤和砝碼的總質(zhì)量m=__________（用字母b，k表示）。19．（2022·河北邯鄲·二模）某小組設計了如圖所示裝置來驗證加速度a與物體所受合外力F的關系。重物A的質(zhì)量為M，重物A、B用繞過光滑定滑輪的輕繩連接，在B的一邊放有6個質(zhì)量均為m的槽碼，此時A、B剛好平衡且保持靜止。豎直標尺上固定兩個標記C和D，C和D的距離為h。固定重物A在標記C處，現(xiàn)將重物B上面的一個槽碼放在重物A上面。（1）由