广东学业水平测试物理冲A学案 第10章　10.3验证牛顿运动定律 Word版含答案

验证牛顿运动定律
[基础知识填充]
验证牛顿第二定律
实验目的：验证牛顿第二定律．
实验原理
1．如图所示装置，保持小车质量M不变，改变小桶内沙的质量m，从而改变细线对小车的牵引力F(当m?M时，F＝mg近似成立)，测出小车的对应加速度a，由多组a、F数据作出加速度和力的关系a-F图象，验证加速度与外力成正比．
2．保持小桶和沙的质量不变，在小车上加减砝码，改变小车的质量M，测出小车的对应加速度a，由多组a、M数据作出加速度和质量倒数的关系a-图线，验证加速度是否与质量成反比．
实验器材：小车、砝码、小桶、沙、细线、附有定滑轮的长木板、垫块、打点计时器、低压交流电源、导线两根、纸带、托盘天平及砝码、米尺．
实验步骤
1．用调整好的天平测出小车和小桶的质量M和m，把数据记录下来．
2．把实验器材安装好，先不将挂小桶用的细线系在小车上，即不给小车加牵引力．
3．平衡摩擦力：在长木板不带定滑轮的一端下面垫上垫块，反复移动垫块的位置，直至小车在斜面上运动时可以保持匀速直线运动状态(可以从纸带上打的点是否均匀来判断)．
4．在小车上加放砝码，小桶里放入适量的沙，把砝码和沙的质量M′和m′记录下来．将细线系在小车上并绕过滑轮悬挂小桶，先接通电源，再放开小车．打点计时器在纸带上打下一系列点，取下纸带，在纸带上写上编号．
5．保持小车的质量不变，改变沙的质量(要用天平称量)，按步骤4再做5次实验．
6．算出每条纸带对应的加速度的值．
7．用纵坐标表示加速度a，横坐标表示作用力F，即沙和桶的总重力(m＋m′)g，根据实验结果在坐标平面上描出相应的点，作图象．若图象为一条过原点的直线，就证明了研究对象质量不变时其加速度与它所受作用力成正比．
8．保持沙和小桶的质量不变，在小车上加放砝码，重复上面的实验，并做好记录，求出相应的加速度，用纵坐标表示加速度a，横坐标表示小车和车内砝码总质量的倒数，在坐标平面上根据实验结果描出相应的点并作图象，若图象为一条过原点的直线，就证明了研究对象所受作用力不变时其加速度与它的质量成反比．
注意事项
1．沙和小桶的总质量不要超过小车和砝码的总质量的(想想是为什么)．
2．在平衡摩擦力时，不要悬挂小桶，但小车应连着纸带且接通电源．用手给小车一个初速度，如果在纸带上打出的点的间隔是均匀的，表明小车受到的阻力跟它的重力沿斜面向下的分力平衡．
3．作图时应该使所作的直线通过尽可能多的点，不在直线上的点也要尽可能对称地分布在直线的两侧，但个别与直线偏离较远的点可以舍去．
[学考真题对练]
1．(2019·广东学业水平考试)
用图所示装置做“验证牛顿运动定律”的实验，在平衡摩擦力的过程中，下列操作正确的是(　　)
A．移动木块，使挂砂桶的小车在斜面上匀速运动
B．移动木块，使不挂砂桶的小车在斜面上匀速运动
C．移动木块，使挂砂桶的小车在斜面上静止
D．移动木块，使不挂砂桶的小车在斜面上静止
答案：B
2.(2018·广东学业水平考试)如图所示，在探究小车“加速度与力和质量的关系”的实验装置中，小车的质量为M，砂和小桶的质量为m，小车放在一端带有定滑轮的长木板上并通过纸带与电磁打点计时器相连．下列说法中正确的是 (　　)
A．实验时先释放小车，再接通打点计时器的电源
B．每次改变小车质量时，应重新平衡摩擦力
C．本实验中应满足m远小于M的条件
D．在用图象法探究小车加速度与受力的关系时，应作a-M图象
C　[实验时先接通打点计时器的电源，再释放小车，A错误；每次改变小车质量时，不需要重新平衡摩擦力，B错误；在用图象法探究小车加速度与受力的关系时，为了便于找到关系，应作a-图象，D错误．]
3．(2017·广东学业水平考试)在“验证牛顿运动定律”实验的准备阶段，小车不挂小桶时，先将木板的一端垫起一定高度，这样做的目的是(　　)
A．测量小车运动的加速度
B．平衡摩擦力
C．测量小车运动的速度
D．测量木板倾斜的角度
B　[将木板的一端垫起一定高度的目的是平衡摩擦力．]
4．(2017·广东学业水平考试1月)在“验证牛顿运动定律”的实验中，平衡摩擦力后，保持小车质量不变，改变小桶中沙的质量，并测出小桶和沙的总质量，算出小车受到的合外力大小F，同时求出小车的加速度大小a，按正确方法多次重复以上步骤(小桶和沙的总质量远小于小车的质量)．下列图象能正确反映a-F关系的是(　　)
答案：A
　
实验注意事项及数据处理
1．注意：①实验要平衡摩擦力，使木板倾斜放置，依靠小车自身重力，在倾斜木板上可以近似做匀速直线运动．②实验需要用天平测量小车、沙桶质量．③砝码、沙桶质量要远远小于小车质量，以减小误差．④用交流电源．
2．数据处理：图象法，用纸带计算加速度a＝，作出a-F、a-图象，看是不是直线．
[最新模拟快练]
1．(2018·东莞学考模拟)实验探究加速度与力、质量的定量关系，下列认识正确的是(　　)
A．F、m和a三个物理量都有直接测量的工具
B．为消除摩擦力的影响，要将木板无滑轮的一端垫高，直到小车不挂重物时也能自己沿长木板运动起来
C．实验时重物通过细绳拉小车的力要比重物的重力小
D．根据实验数据，得到的F不变时的a-m图象是过原点的倾斜直线
答案：C
2．(2018·清远学考模拟)在“研究牛顿运动定律的实验”中，某同学在水平实验桌上放置一端有定滑轮的长木板，将不带定滑轮的一端适当垫起的目的是(　　)
A．让小车下滑时有加速度
B．平衡摩擦力
C．让小车下滑时有初速度
D．这样做没有意义
答案：B
3.(2019·江门学测模拟)利用如图所示的装置探究加速度与力、质量的关系，下列说法中正确的是(　　)
A．保持小车所受拉力不变，只改变小车的质量，就可以探究加速度与力、质量的关系
B．保持小车质量不变，只改变小车的拉力，就可以探究加速度与力、质量之间的关系
C．先保持小车所受拉力不变，研究加速度与力的关系；再保持小车质量不变，研究加速度与质量的关系，最后归纳出加速度与力、质量的关系
D．先保持小车质量不变，研究加速度与力的关系；再保持小车所受拉力不变，研究加速度与质量的关系，最后归纳出加速度与力、质量的关系
答案：D
4．(2018·珠海学考模拟)“探究加速度与力的关系”实验装置如图所示．为减小实验误差，托盘和砝码的质量与小车的质量相比(　　)
A．应大于小车的质量
B．应稍小于小车的质量
C．应等于小车的质量
D．应比小车的质量小得多
答案：D
5．(2019·茂名学测模拟)在“探究加速度与力、质量的关系”实验中，某同学在坐标纸上画出四张a-图线．其中作图正确的是(　　)
A　　　　　　　　B
C　　　　　　　　D
答案：A
6．(2018·佛山学考模拟)(多选)如图所示为探究加速度与力的关系时，根据实验数据画出的a-F图象，图中的直线Ⅰ为甲同学画出的，图中的直线Ⅱ为乙同学画出的．直线Ⅰ、Ⅱ在纵轴或横轴上的截距较大，明显超出了误差范围，下面给出了关于形成这种情况原因的四种解释，其中可能正确的是(　　)
A．实验前甲同学没有平衡摩擦力
B．甲同学在平衡摩擦力时，把长木板的末端抬得过高了
C．实验前乙同学没有平衡摩擦力
D．乙同学在平衡摩擦力时，把长木板的末端抬得过高了
答案：BC
7．(2019·东莞学测模拟)(多选)关于“验证牛顿第二定律”的实验，下列说法正确的是(　　)
A．实验要平衡摩擦力
B．实验需要用天平测量小车、沙桶的质量
C．砝码、沙桶质量要远远大于小车的质量，以减小误差
D．实验要用交流电源
答案：ABD