验证牛顿运动定律（探究加速度与力、质量的关系）知识点题库

在“验证牛顿运动定律”的实验中，采用如图1所示的实验装置，小车及车中砝码的质量用M表示，盘及盘中砝码的质量用m表示，小车的加速度可由小车后拖动的纸带打上的点计算出．

（1）当M与m的大小关系满足时，才可以认为绳对小车的拉力大小等于盘及盘中砝码的重力．
（2）一组同学在做加速度与质量的关系实验时，保持盘及盘中砝码的质量一定，改变小车及车中砝码的质量，测出相应的加速度，采用图象法处理数据．为了比较容易地检查出加速度a与质量M的关系，应该做a与的图象．
（3）如图2，甲同学根据测量数据做出的a﹣F图线，说明实验存在的问题是．

为了探究加速度与力、质量的关系：

（1）
小亮利用如图甲所示的实验方案，探究小车质量一定时加速度与合力之间的关系，图中上下两层水平轨道，细线跨过滑轮并挂上砝码盘，将砝码和砝码盘的总重作为小车所受合力，两小车尾部细线连到控制装置上，实验时通过控制装置使两小车同时开始运动，并同时停止．
①实验前，下列操作必要的是
A．选用质量不同的两辆小车
B．调节定滑轮的高度，使细线与轨道平行
C．使砝码和砝码盘的总质量远大于小车的质量
D．将轨道右端适当垫高，使小车在没有细线牵引时能在轨道上匀速运动，以平衡摩擦力
②他测量了两小车的位移为x₁、x₂ ，则 $\text{[math]}$ =．
（2）
小明用如图乙所示的装置进行实验
①打出的一条纸带如图丙所示，计时器打点的时间间隔为0.02s．他从比较清晰的A点起，每五个点取一个计数点，测量出各点到A点的距离标在纸带上各点的下方，则小车运动的加速度为 m/s² ．
②实验前由于疏忽，小明遗漏了平衡摩擦力这一步骤，他测量得到的a﹣F图象，可能是丁图中的图线（选填“1”、“2”、“3”）．

“探究加速度与力、质量的关系”的实验中，采用如图A所示的实验装置，小车及车中砝码的质量用M表示，盘及盘中砝码的质量用m表示，小车的加速度可由小车后拖动的纸带由打点计时器打出的点计算出．

①当M与m的大小关系满足时，才可以认为绳对小车的拉力大小等于盘和盘中砝码的重力．

②一组同学在做加速度与质量的关系实验时，保持盘及盘中砝码的质量一定，改变车中砝码的质量，测出相应的加速度．采用图象法处理数据．为了比较容易地检查出加速度a与质量M的关系，应该做a与的图象．

③如图B所示为甲同学根据测量数据作出的a﹣F图象，说明实验存在的问题是

④乙、丙同学用同一装置做实验，画出了各自得到的a﹣F图象如图C所示，两个同学做实验时的哪一个物理量取值不同，它是．

在“探究加速度与力、质量的关系的实验”时，采用了如图甲所示的实验方案．操作如下：

（1）平衡摩擦力时，若所有的操作均正确，打出的纸带如图乙所示，应（填“减小”或“增大”）木板的倾角，反复调节，直到纸带上打出的点迹为止．
（2）
已知小车质量为M，盘和砝码的总质量为m，要使细线的拉力近似等于盘和砝码和总重力，应该满足的条件是mM（填“远小于”、“远大于”或“等于”）．
（3）
图丙为小车质量一定时，根据实验数据描绘的小车加速度a与盘和砝码的总质量m之间的实验关系图象．若牛顿第二定律成立，则小车的质量M=kg．

某物理兴趣小组的同学用图甲所示装置来“验证牛顿第二定律”．同学们在实验中，都将砂和小桶总重力的大小作为细线对小车拉力的大小，通过改变小桶中砂的质量改变拉力．为使细线对小车的拉力等于小车所受的合外力，实验中需要平衡摩擦力．

（1）下列器材中不必要的是（填字母代号）．

A . 低压交流电源 B . 秒表 C . 天平（含砝码） D . 刻度尺
（2）下列实验操作中，哪些是正确的（填字母代号）．

A . 调节滑轮的高度，使牵引小车的细绳与长木板保持平行 B . 每次实验，都要先放开小车，再接通打点计时器的电源 C . 平衡摩擦力时，将悬挂小桶的细线系在小车上 D . 平衡摩擦力时，让小车后面连着已经穿过打点计时器的纸带
（3）图乙是某同学实验中获得的一条纸带．A、B、C为三个相邻的计数点，若相邻计数点之间的时间间隔为T．A、B间的距离为x₁ ， A、C间的距离为x₂ ，则小车的加速度a=（用字母表达）．
（4）图丙是小刚和小芳两位同学在保证小车质量一定时，分别以砂和小桶的总重力mg为横坐标，以小车运动的加速度a为纵坐标，利用各自实验数据作出的a﹣mg图象．
a．由小刚的图象，可以得到实验结论：．
b．小芳与小刚的图象有较大差异，既不过原点，又发生了弯曲，下列原因分析正确的是（填字母代号）．
A．图象不过原点，可能是平衡摩擦力时木板倾角过大
B．图象不过原点，可能是平衡摩擦力时木板倾角过小
C．图象发生弯曲，可能是砂和小桶的质量过大
D．图象发生弯曲，可能是小车的质量过大
（5）正确平衡摩擦力后，小组中一位同学保持砂和小桶总重力mg不变，通过在小车上增加砝码改变小车质量，进行实验并得到实验数据．处理数据时，他以小车和砝码的总质量M为横坐标， $\text{[math]}$ 为纵坐标，作出 $\text{[math]}$ ﹣M关系图象，示意图如图丁所示，发现图线从纵轴上有截距（设为b）．该同学进行思考后预测：若将砂和小桶总重力换成另一定值（m+△m）g，重复上述实验过程，再作出 $\text{[math]}$ ﹣M图象．两次图象的斜率不同，但截距相同均为b．若牛顿定律成立，请通过推导说明该同学的预测是正确的．

某同学在实验室用如图甲所示的装置来研究牛顿第二定律和有关做功的问题．

（1）在此实验中，此同学先接通计时器的电源（频率为50Hz），再放开纸带，如图乙是在m=100g，M=1kg情况下打出的一条纸带，O为起点，A、B、C为三个相邻的计数点，相邻的计数点之间有四个点没有标出，有关数据如图所示，其中s_A=42.05cm，s_B=51.55cm，s_C=62.00cm，则小车的加速度为a=m/s² ，打B点时小车的速度v_B=m/s（保留2位有效数字）
（2）一组同学在做探究加速度与质量的关系实验时，保持沙和沙桶的质量一定，改变小车及车中砝码的质量，测出相应的加速度，采用图象法处理数据．为了比较容易地检查出加速度a与质量M的关系，应该作a与的关系图象．
（3）在此实验中，要验证沙和沙桶以及小车的系统机械能守恒，实验数据应满足的关系是（用上题的符号表示，不要求计算结果）．

如图1为“验证牛顿第二定律”的实验装置示意图，盘和重物的总质量为m，小车和砝码的总质量为M．实验中用盘和重物总重力的大小作为细线对小车拉力的大小．

（1）实验中，为了使细线对小车的拉力等于小车所受的合外力，先调节长木板一端定滑轮的高度，使细线与长木板平行．接下来还需要进行的一项操作是（填写所选选项的序号）．

A . 将长木板水平放置，让小车连着已经穿过打点计时器的纸带，给打点计时器通电，调节m的大小，使小车在盘和重物的牵引下运动，从打出的纸带判断小车是否做匀速运动． B . 将长木板的右端垫起适当的高度，让小车连着已经穿过打点计时器的纸带，撤去盘和重物，给打点计时器通电，轻推小车，从打出的纸带判断小车是否做匀速运动． C . 将长木板的右端垫起适当的高度，撤去纸带以及盘和重物，轻推小车，观察判断小车是否做匀速运动．
（2）图2中是实验中得到的一条纸带，A、B、C、D、E、F、G为7个相邻的计数点，量出相邻的计数点之间的距离分别为x₁、x₂、x₃、x₄、x₅、x₆ ．已知相邻的计数点之间的时间间隔为T，则小车的加速度a是．
（3）实验中要进行质量m和M的选取，以下最合理的一组是（填选项字母）．

A . M=20g，m=10g、15g、20g、25g、30g、40g B . M=200g，m=20g、40g、60g、80g、100g、120g C . M=400g，m=10g、15g、20g、25g、30g、40g D . M=400g，m=20g、40g、60g、80g、100g、120g
（4）该实验小组以测嘚的加速度a为纵轴，盘和重物的总重力为F为横轴，作出的图象如图3中图线1所示，发现图象不过原点，怀疑在测量力时不准确，他们将实验进行了改装，将一个力传感器安装在小车上，直接测量细线拉小车的力F′，作a﹣F′图如图3中图线2所示，则图象不过原点的原因是，对于图象上相同的力，用传感器测得的加速度偏大，其原因是．

某同学通过如图1所示的装置进行“探究加速度与力、质量的关系”的实验．

（1）本实验所采用的科学方法是：．

A . 理想实验法 B . 等效替代法 C . 控制变量法 D . 建立物理模型法
（2）为了减小误差，钩码的质量m应小车的质量M（填“远大于”、“远小于”或“等于”）；每次改变小车质量（或钩码质量）时，（填“需要”或“不需要”）重新平衡摩擦力．
（3）在保持小车的质量M一定时，探究加速度与所受合力的关系时，由于操作不当，该同学得到的a﹣F关系如图2所示，则其原因可能是．
（4）图3为某次实验得到的纸带，打点计时器的频率为50Hz，纸带上相邻计数点间有4个点未画出，则小车的加速度大小为 m/s² ．

图1为“探究加速度与物体受力的关系”的实验装置图。图中小车A的质量为m₁ ，连接在小车后的纸带穿过电火花打点计时器B，它们均置于水平放置的一端带有定滑轮且足够长的木板上，P的质量为m₂ ， C为力传感器，实验时改变P的质量，读出对应的力传感器的示数F，不计绳与滑轮间的摩擦。

（1）电火花打点计时器的工作电压为(选填“交”或“直”)流V。
（2）下列说法正确的是__________。

A . 一端带有定滑轮的长木板必须保持水平 B . 实验中通过打点计时器打出的点来求解小车运动时的加速度 C . 实验中m₂应远小于m₁ D . 传感器的示数始终为 m₂g
（3）图2为某次实验得到的纸带，纸带上标出了所选的四个计数点之间的距离，相邻计数点间还有四个点没有画出由此可求得小车的加速度的大小是m/s².(交流电的频率为50Hz，结果保留二位有效数字)
（4）实验时，某同学由于疏忽，遗漏了平衡摩擦力这一步骤，他测量得到的a—F图象是图3中的。

图是“探究加速度与力、质量的关系”的实验装置，实验中平衡摩擦力的方法是反复调节木板的倾斜度，使小车在（填“受”或“不受”）牵引时能拖动纸带沿木板做匀速运动，若平衡摩擦力时分析发现小车在做加速运动，应调节垫块稍向（填“左”或“右”）移动，重新平衡摩擦力。平衡摩擦力后某次实验时测得小车运动的加速度大小为 $\text{[math]}$ ，小盘和重物的总重力大小（填“会”或“不会”）近似等于小车运动时受到的拉力大小。

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如图所示为“验证牛顿第二定律”的实验装置示意图，砂和砂桶的总质量为m，小车和砝码的总质量为M。实验中用砂和砂桶总重力的大小作为细线对小车拉力的大小。

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（1）本实验的研究对象是_____________。

A . 小车与小车中砝码 B . 砂桶和砂 C . 小车与小车中砝码和砂桶与砂 D . 以上选项中的物体均可
（2）实验中要进行质量m和M的选取，以下最合理的一组是__________。

A . M=200g，m=10g、15g、20g、25g、30g、40g B . M=200g，m=20g、40g、60g、80g、100g、120g C . M=400g，m=10g、15g、20g、25g、30g、40g D . M=400g，m=20g、40g、60g、80g、100g、120g
（3）如图所示是实验中得到的一条纸带，A、B、C、D、E、F、G为7个相邻的计数点，相邻的两个计数点之间还有四个点未画出，量出相邻的计数点之间的距离分别为：S_AB=4.22cm、S_BC=4.65cm、S_CD=5.08cm、S_DE=5.49cm、S_EF=5.91cm、S_FG=6.34cm。已知打点计时器的工作频率为50Hz，则小车的加速度a=m/s²（结果保留两位有效数字）
（4）在“保持质量M一定，研究加速度与力的关系”这个实验环节中，小明同学操作正确，所作的a—F图象如图所示，图线虽然经过原点，但在F较大时，明显弯曲。关于这一实验环节，下列说法正确的是____________。

A . 造成这一现象的原因是未平衡摩擦力 B . 造成这一现象的原因是m不满足远小于M C . 在细线与小车连接处连上力传感器，以其读数作为横坐标，可解决图像弯曲的问题 D . 以上说法都不正确

某同学利用图甲所示装置探究“加速度与力、物体质量的关系”．图中装有砝码的小车放在长木板上，左端拴有一不可伸长的细绳，跨过固定在木板边缘的定滑轮与一砝码盘相连．在砝码盘的牵引下，小车在长木板上做匀加速直线运动，图乙是该同学做实验时打点计时器打出的一条点迹清晰的纸带，已知纸带上每相邻两个计数点间还有一个点没有画出，相邻两计数点之间的距离分别是x₁、x₂、x₃、x₄、x₅、x₆ ，打点计时器所接交流电的周期为T，小车及车中砝码的总质量为m₁ ，砝码盘和盘中砝码的总质量为m₂ ，当地重力加速度为g．

（1）根据纸带上的数据可得小车运动的加速度表达式为a＝ (要求结果尽可能准确)．
（2）该同学探究在合力不变的情况下，加速度与物体质量的关系．下列说法正确的是__________

A . 平衡摩擦力时，要把空砝码盘用细绳通过定滑轮系在小车上，纸带通过打点计时器与小车相连，再把木板不带滑轮的一端用小垫块垫起，移动小垫块，直到小车恰好能匀速滑动为止 B . 平衡摩擦后，还要调节定滑轮的高度，使滑轮与小车间的细绳保持水平 C . 若用m₂g表示小车受到的拉力，则为了减小误差，本实验要求m₁>>m₂ D . 每次改变小车上砝码的质量时，都要重新平衡摩擦力
（3）该同学探究在m₁和m₂的总质量不变情况下，加速度与合力的关系时．他平衡摩擦力后，每次都将小车中的砝码取出一个放在砝码盘中，并通过打点计时器打出的纸带求出加速度．得到多组数据后，绘出如图丙所示的a－F图象，发现图象是一条过坐标原点的倾斜直线．图象中直线的斜率为 (用本实验中相关物理量的符号表示)．
（4）该同学在这个探究实验中采用的物理学思想方法为(选填“控制变量”“等效替代”或“放大”)法．

利用如图所示装置，可以完成实验一“探究小车速度随时间变化规律”，实验二“探究加速度与力、质量的关系”，实验三“探究功与速度变化的关系”。

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（1）三个实验中____________

A . 都必须平衡摩擦力 B . 都需要用天平来称小车质量 C . 都需要调节滑轮高度使细线水平 D . 都不需要使用学生电源
（2）在图中的（a）（b）（c）分别为三个实验中所作的图象，下列说法正确的是____________

A . 图（a）： $\text{[math]}$ 轴的截距就是小车开始运动时的速率 B . 图（b）：由图线可知小车的加速度与其质量成反比 C . 图（c）：仅通过一条纸带上的数据就可以作出该图线
（3）如图所示是实验二中打出的一条纸带，O、A、B、C、D是纸带上所选的计数点，量出相邻计数点之间的距离分别为： $\text{[math]}$ ， $\text{[math]}$ ， $\text{[math]}$ ， $\text{[math]}$ 。由此可得小车运动的加速度 $\text{[math]}$ $\text{[math]}$ ；（结果保留两位有效数字）
（4）在图所示的装置中，平衡摩擦力后，能否可用于“验证机械能守恒定律”？（填“能”或“否”）

探究小车加速度与合力、质量关系的实验装置如图甲所示：

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（1）若要探究小车加速度与合力的关系，应保持不变，分别改变施加在小车上的拉力F，测出相对应的加速度a；
（2）下列实验操作，正确的是______（填选项序号字母）；

A . 实验前，将接好纸带的小车停在靠近打点计时器处 B . 实验前，将接好纸带的小车停在靠近滑轮处 C . 先接通电源，再使纸带运动 D . 先使纸带运动，再接通电源
（3）实验中打点计时器使用50Hz交流电源，在打出的纸带上选择5个计数点A、B、C、D、E，相邻两个计数点之间还有4个点没有画出，测出C点到A点、E点到C点的距离如图乙所示，则纸带的加速度a＝m/s²

某物理实验小组用如图1所示的实验装置做“探究加速度与力、质量关系”的实验：

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（1）实验中，为了保证砂和砂桶所受的重力近似等于使小车做匀加速运动的拉力，砂和砂桶的总质量（选填“远大于”、“等于”、“远小于”）小车和车上砝码的总质量。
（2）图2为某次实验得到的纸带，在相邻两计数点间都有四个打点未画出，用刻度尺测得： $\text{[math]}$ ， $\text{[math]}$ ， $\text{[math]}$ ， $\text{[math]}$ ，打下计数点“3”时小车的瞬时速度大小v₃=m/s；小车的加速度大小a=m/s²。
（3）甲、乙两同学在同一实验室，用木块代替小车，各取一套如图1所示的装置放在水平桌面上，木块上均不放砝码，在没有补偿阻力的情况下，研究加速度a与拉力F的关系，分别得到如图3所示甲、乙两条a-F直线。设甲、乙所用木块质量分别为m_甲、m_乙，木块与木板间的动摩擦因数分别为μ_甲、μ_乙，由图3可知，m_甲 m_乙， μ_甲μ_乙。（选填“大于”“小于”或“等于”）

以下四个实验中，可能用到打点计时器的是（）

A . 验证力的平行四边形定则 B . 探究加速度与物体质量、物体受力的关系 C . 探究匀变速直线运动的规律 D . 探究弹簧的弹力和弹簧伸长的关系

小林同学用如图1中的甲、乙、丙、丁四种方案分别做：“探究小车速度随时间变化的规律”、“探究加速度与力、质量的关系”、“探究功与速度变化的关系”、“探究碰撞中的不变量”四个实验。

（1）上述四个实验中：
①需要用到天平测小车质量的方案是（选填“甲”、“乙”、“丙”、“丁”）；

②不需要补偿阻力的方案是（选填“甲”、“乙”、“丙”、“丁”）；
（2）通过正确的操作，四个实验分别打出了一条纸带，打乱顺序后排列如图2，两个相邻计数点间的时间间隔均为0.1s；

①根据上述纸带③中的数据，打下计数点3时小车的速度为m/s，小车的加速度为m/s²；（结果均保留三位有效数字）

②依次与甲、乙、丙、丁四种方案相对应的纸带正确顺序是；

A．④①②③ B．③①②④ C．③④②① D．①③②④
（3）利用方案乙的装置，是否可以完成“验证机械能守恒定律”的实验？（选填“是”或“否”）；

利用如图1所示装置进行“探究合外力一定时物体的加速度与质量之间的关系”的实验。

（1）实验装置需要对小车进行平衡摩擦力．其目的是使细线的拉力为打点计时器纸带小车做匀加速运动的合外力。
实验中小桶质量m和小车质量M之间应满足的关系为。

（2）保持小桶质量m和其他条件不变，只改变小车质量M，多次实验小师口测出相应加速度大小a，记录在下列表格中：

次数	1	2	3	4	5	6
质量 $\text{[math]}$	0.25	0.30	0.35	0.40	0.45	0.50
加速度 $\text{[math]}$	0.39	0.32	X	0.24	0.22	0.19
质量倒数 $\text{[math]}$	4.0	3.3	2.9	2.5	2.2	2.0

其中，在第3次实验中，忘记了记录加速度X的数值，该次实验的部分纸带如题图2所示，O、A、B、C、D、E、F为7个连续的计数点，相邻两计数点间还有四个实际打点未画出，打点计时器的打点频率为 $\text{[math]}$ ，测得A、B、C、D、E、F与O点间距分别为 $\text{[math]}$ ，可计算加速度的数值 $\text{[math]}$ 。

（3）在如题图3所示坐标纸上，根据表格数据描点，并作出图线，得出实验结论：。

以下为“探究加速度与力、质量关系”的实验。

（1）小刚在探究加速度与某个物理量的关系时，其中的两次实验装置如图甲所示，根据实验装置可以判定，小刚在探究加速度与（填“力”或“质量”）的关系。
（2）如图乙所示为小刚在实验中得到的一条纸带，两相邻计数点间还有四个点没有画出，已知打点周期为 $\text{[math]}$ 。根据纸带上数据，计算得出打计数点3时小车的速度为 $\text{[math]}$ 。
（3）小刚利用此纸带数据求得小车的加速度为 $\text{[math]}$ 。（保留三位有效数字）

许多智能化手机都有速度、加速度传感器，安装应用程序后，就可以测量相应的速度和加速度。某同学利用手机设计了一个实验，测量气球空气阻力大小与速率的关系。如图所示，将手机用细线悬吊在气球的下方，气球在空中先加速下落，随着速度的逐渐增大，气球所受的空气阻力也逐渐增大。（气球所受浮力以及手机上的空气阻力可忽略不计）

（1）测量出手机和气球的总质量 $\text{[math]}$ ，记录下落过程中多个位置的加速度 $\text{[math]}$ 和速度 $\text{[math]}$ 数据。如果下落高度足够大，可判断气球和手机的下落是的运动。（选填“一直加速”、“先加速后匀速”或“先加速后减速”）
位置
1
2
3
4
5
6
7
8
速度/ $\text{[math]}$
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
加速度/ $\text{[math]}$
8.90
7.99
7.09
6.19
3.29
4.38
3.48
2.58
（2）根据测量的数据，在 $\text{[math]}$ 坐标纸上描出了各个点，如图所示。通过在坐标纸上连线，做出 $\text{[math]}$ 图像可知图像斜率 $\text{[math]}$ （数据计算保留两位小数）。
（3）设气球受到的空气阻力大小为 $\text{[math]}$ ，从图像可以读出当地的重力加速度 $\text{[math]}$ 和斜率 $\text{[math]}$ 。请用题中给出的物理量符号表示阻力 $\text{[math]}$ 与下落速度 $\text{[math]}$ 的关系。

位置	1	2	3	4	5	6	7	8
速度/ $\text{[math]}$	0.5	1.0	1.5	2.0	2.5	3.0	3.5	4.0
加速度/ $\text{[math]}$	8.90	7.99	7.09	6.19	3.29	4.38	3.48	2.58

验证牛顿运动定律（探究加速度与力、质量的关系） 知识点题库

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