5.2 探究牛顿第二定律 练习-2022-2023学年高一物理上学期（鲁科版2019必修第一册）

5.2探究牛顿第二定律练习一、单选题“探究加速度与力、质量的关系”的实验装置如图所示，用该装置研究小车的加速度a与质量M的关系时，下列说法中正确的是A.实验时，应先释放小车，再接通电源

B.打点计时器应接在学生电源的直流输出端

C.实验中，应注意调整滑轮高度使绳子与长木板表面平行

D.在探究加速度a与质量M的关系时，为了直观判断两者间的关系，作出a−M图像用如图所示装置做“研究加速度a与力F、小车质量M的关系”实验，下列说法正确的是(    )A.进行平衡摩擦力操作时，需挂上砝码盘及砝码

B.实验时，先释放小车再接通打点计时器的电源

C.探究a与F关系时，不能改变砝码盘中砝码质量

D.a−1M图象为过坐标原点的倾斜直线，说明a与实验室用滑轮、小车、打点计时器、砂桶、细线、纸带等实验器材组成下图所示实验装置可以完成多个力学实验，利用该装置进行如下实验时，以下说法正确的是(    )A.在“研究匀变速直线运动”时必须设法消除小车和木板间的摩擦阻力影响

B.在“研究匀变速直线运动”时必须使砂和砂桶总质量远小于小车的质量

C.在“探究加速度a与小车质量M关系”时每次改变小车质量之后不需要要重新平衡摩擦力

D.在“探究加速度a与力F关系”时要调整滑轮高度使连接小车的细线水平在“探究加速度与力、质量的关系”实验中，为了研究加速度与力的关系，应保持不变的物理量是(    )A.速度 B.加速度 C.质量 D.力用如图所示的装置探究加速度与力的关系时，补偿阻力后，用槽码的重力代替细线的拉力，通过分析可知，这种代替是有误差的。若槽码的质量m与小车质量M满足M=10m，槽码牵引小车加速运动时，细线的拉力大小与槽码重力差值的绝对值为(重力加速度为g)(    )A.110mg B.111mg C.在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中，某组同学采用控制变量的方法来研究在小车质量不变的情况下，小车的加速度与小车受到的力的关系.下列措施中不需要或不正确的是(    )①首先要平衡摩擦力，使小车受到的合力等于细绳对小车的拉力②平衡摩擦力的方法是在塑料小盘中添加砝码，使小车能匀速滑动③每次改变拉小车的拉力后都需要重新平衡摩擦力④实验中通过在小盘中增加砝码来改变小车受到的拉力⑤实验中应先放开小车，然后再接通打点计时器的电源A.①③⑤ B.②③⑤ C.③④⑤ D.②④⑤在“探究加速度与力、质量的关系”实验中，为直观判断加速度a和质量m之间的关系，应根据实验数据作出的图象是(    )A.a一m图象 B.a一m2图象 C.a一1m图象 D.a一二、多选题（本大题共6小题，共24.0分）(多选)如图是某些同学根据实验数据画出的图像，下列说法中正确的是(    )A.形成图甲的原因是补偿阻力时长木板倾角过大

B.形成图乙的原因是补偿阻力时长木板倾角过小

C.形成图丙的原因是补偿阻力时长木板倾角过大

D.形成图丁的原因是补偿阻力时长木板倾角过小如图所示是“探究加速度与力、质量的关系”的实验方案之一，通过位移的测量来代替加速度的测量，即a1a2aA.实验前必须先平衡摩擦力

B.必须保证两小车的运动时间相等

C.两小车都必须从静止开始做匀加速直线运动

D.小车所受的水平拉力大小可以认为是砝码(包括小盘)的重力大小甲、乙、丙、丁四位同学在探究加速度与物体质量和合外力的关系的实验时，设小车质量和车上砝码质量之和为M，砂及砂桶的总质量为m，分别得出如图中甲、乙、丙、丁四条图线，其中图甲、乙、丙是a−F图线，图丁是a−1M图线，则下列说法中正确的是(    )A.甲和乙较好地把握了实验条件M远大于m

B.丙和丁没有把握好实验条件M远大于m

C.甲同学长木板的倾角太小，而乙同学长木板的倾角太大

D.甲、乙、丙三同学中，丙较好地完成了平衡摩擦力的操作以下说法正确的是(    )A.用此装置“研究匀变速直线运动”时，必须设法消除小车和木板间的摩擦阻力的影响

B.用此装置“探究加速度a与力F和质量m的关系”每次改变砝码及砝码盘总质量之后，不需要重新平衡摩擦力

C.在用此装置“探究加速度a与力F和质量m的关系”时，应使小盘和盘内砝码的总质量远小于小车的质量

D.用此装置探究“探究功与速度变化的关系”实验时，不需要平衡小车运动中所受摩擦力的影响如图所示为“探究加速度与力、质量的关系”的实验装置图

下列说法正确的是(

)A.每次改变小车质量时，应重新平衡摩擦力

B.应保证小沙桶质量m远远小于小车和砝码质量M

C.作出加速度和受力的a−F图和加速度和质量的a−M图

D.在释放前小车应靠近打点计时器在探究加速度与力、质量的关系实验中，关于小车所受的合力，下列叙述正确的是(    )A.小车所受的合力就是所挂小盘和砝码的重力

B.小车所受的合力的大小等于托盘和砝码通过细绳对小车施加的拉力

C.只有平衡摩擦力之后，小车所受合力才等于细绳对小车的拉力

D.只有平衡摩擦力之后，且当小车的质量远大于托盘和砝码的总质量时，小车所受合力的大小可认为等于托盘和砝码的重力大小三、实验题（本大题共3小题，共27.0分）如图所示的实验装置可以探究加速度与力、质量的关系，小车上固定一个盒子，盒子内盛有沙，沙桶的总质量(包括桶以及桶内沙质量)记为m，小车的总质量(包括车、盒子及盒内沙质量)记为M。⑴.验证在质量不变的情况下，加速度与合外力成正比：从盒子里取出一些沙，装入沙桶中，称量并记录沙桶的总重力mg。将该力视为合外力F，对应的加速度a从打下的纸带中计算得出。多次改变合外力F的大小，每次都会得到一个相应的加速度.本次实验中，桶内的沙取自小车中，故系统的总质量不变。以合外力F为横坐标，加速度a为纵轴。画出a--F图像，图象是一条过原点的直线。①a—F图象斜率的物理意义是_________________．②本次实验中，是否应该满足M»m这样的条件?_____________(填“是”或“否”)理由是________________________________⑵同学们开始实验时情形如图a所示，接通电源释放纸带。从图示看，你认为该同学实验可能存在哪些问题：________________________________；如图甲所示为某实验小组“探究物体加速度与所受合外力关系”的实验装置。他们调整长木板和滑轮，使长木板水平放置且细线平行于长木板；在托盘中放入适当的砝码，接通电源，释放物块，多次改变托盘中砝码的质量，记录传感器的读数F，求出加速度a。

请回答下列问题：(1)实验中得到如图乙所示的一条纸带，已知交流电频率为50Hz的交流电，两计数点间还有四个点没有画出，根据纸带可求出物块的加速度为______m/s2。(结果保留三位有效数字(2)以力传感器的示数F为横坐标，加速度a为纵坐标，画出的a−F图象是一条直线如图丙所示，求得图线的斜率为k，横轴截距为F0，若传感器的质量为m0，则物块的质量为___。若已知重力加速度为g，物块与长木板动摩擦因数为μ=(3)该实验需不需要满足钩码质量远远小于物块和传感器的总质量？____。(填“需要”或“不需要”)如图1所示，为“探究加速度与力、质量的关系”实验装置及数字化信息系统获得了小车加速度a与钩码的质量及小车和砝码的质量对应关系图．钩码的质量为m1，小车和砝码的质量为m2，重力加速度为g．

(1)下列说法正确的是______．

A.每次在小车上加减砝码时，应重新平衡摩擦力

B.实验时若用打点计时器应先释放小车后接通电源

C.本实验m2应远小于m1

D.在用图象探究加速度与质量关系时，应作a−1m2图象

(2)实验时，某同学由于疏忽，遗漏了平衡摩擦力这一步骤，测得F=m1g，作出a−F图象，他可能作出图2中______(选填“甲”、“乙”、“丙”)图线．此图线的AB段明显偏离直线，造成此误差的主要原因是______．

A.小车与轨道之间存在摩擦

B.导轨保持了水平状态

C.砝码盘和砝码的总质量太大

D.所用小车的质量太大

(3)实验时，某同学遗漏了平衡摩擦力这一步骤，若轨道水平，他测量得到的1m2−a图象，如图3.设图中直线的斜率为k，在纵轴上的截距为b答案和解析1.【答案】C

【解析】【分析】

本题考查了“探究加速度与力、质量的关系”的实验；解决实验问题首先要掌握该实验原理，了解实验的操作步骤和数据处理以及注意事项。该实验采用的是控制变量法研究，其中加速度、质量、合力三者的测量很重要。

【解答】

A.实验时，如果先放开小车，再接通打点计时器电源，由于小车运动较快，可能会使打出来的点很少，不利于数据的采集和处理，同时为了打点稳定，所以应先接通电源，再释放小车，故A错误；

B.打点计时器使用的是交流电源，故B错误；

C.若连接砝码盘和小车的细绳与长木板不保持平行，则绳子的拉力分力等于小车的合力，这样导致误差增大，故实验中应注意调整滑轮高度使绳子与长木板表面平行，故C正确；

D.在探究加速度a与质量M的关系时，为了直观判断二者间的关系，应用描点法拟合呈一条倾斜的直线。所以应作出a−1M图象，故D错误；

2.【答案】【解析】解：A、在该实验中，我们认为绳子的拉力就等于小车所受的合外力，故在平衡摩擦力时，细绳的另一端不能悬挂挂上砝码盘及砝码，故A错误．

B、实验时应先接通电源然后再放开小车，故B错误．

C、在探究加速度与外力的关系时，应该保持小车的质量不变，改变砝码盘中砝码质量，故C错误．

D、要直观的反映两个量之间的关系，可以通过作图来解决．但是只有作出一条直线，才可以直观的反映两个变量之间的关系．在探究加速度a与质量m的关系时，为了直观判断二者间的关系，应作出a−1M图象，a−1M图象为过坐标原点的倾斜直线，说明a与M成反比，故D正确．

故选：D．

本题考查“探究加速度与力、质量的关系”实验，只要掌握了实验原理就能顺利解决此类题目，就能举一反三，所以要注意基本原理的学习．

【解析】【分析】

解决实验问题首先要掌握该实验原理，了解实验的操作步骤和数据处理以及注意事项，然后熟练应用物理规律来解决实验问题。

【解答】

AB.用此装置“研究匀变速直线运动”时，只要使小车做匀变速直线运动，必须设法保证小车所受合外力为恒力，不必要使砂和砂桶总质量远小于小车的质量，也不需要平衡摩擦力，故AB错误；

C.用此装置做“探究加速度a与小车质量M的关系”的实验时，平衡摩擦力的方法是将木板带打点计时器的一端适当垫高，这样做的目的是利用小车重力沿斜面分力补偿小车运动中所受阻力的影响，即Mgsinθ=μMgcosθ，式子成立与质量无关，故改变质量后不需重新进行平衡，故C正确；

D.在利用该装置来做““探究加速度a与力F关系”时要调整滑轮高度使连接小车细线与木板平行，才能确保小车的加速度稳定，否则随着小车的移动，细线与木板之间的夹角变化，导致在运动过程中，拉小车的力发生变化，故D错误；

故选C。

4.【答案】C

【解析】解：在“探究加速度与力、质量的关系”实验中，为了研究加速度与力的关系，应保持不变的物理量是质量，故C正确，ABD错误。

故选：C。

解决本题的关键知道当研究一个物理量与几个物理量关系时，需控制其它力物理量不变，研究某两个量的关系，基础题．

5.【答案】B

【解析】解：用如图所示的装置探究加速度与力的关系时，补偿阻力后，根据牛顿第二定律有：对槽码和小车a=mgM+m，对小车F=Ma=MmgM+m，则重力mg与拉力F的差值为△F=mg−F=mM+M×mg，而M=10m，所以△F=111mg，故ACD错误，B正确。

故选：B。【解析】【分析】

本题考查探究加速度与力、质量的关系的使用，熟悉实验注意事项、实验数据处理分析，知道实验原理及注意事项即可正确解题；

探究加速度与力的关系实验时，需要平衡摩擦力，平衡摩擦力时，要求小车在无动力的情况下平衡摩擦力，不需要挂任何东西．平衡摩擦力时，是重力沿木板方向的分力等于摩擦力，即：mgsinθ=μmgcosθ，可以约掉m，只需要平衡一次摩擦力，操作过程是先接通打点计时器的电源，再放开小车。小车的加速度应根据打出的纸带求出，释放小车时，小车应靠近打点计时器以使纸带上能打点的长度更大。

【解答】

平衡摩擦力的主要目的是使小车重力沿板方向的分力与小车受到的摩擦力平衡，所以平衡摩擦力时不要挂小盘，有mgsinθ=μmgcosθ，质量m可以约掉，整个实验平衡了摩擦力后，不管以后是改变小盘和小盘中砝码的质量，还是改变小车及车中砝码的质量，都不需要重新平衡摩擦力，所以步骤②不正确，步骤③不需要；实验过程中通过改变小盘的砝码个数来改变小车受到的拉力，使用打点计时器时，应先接通打点计时器的电源，再释放小车，步骤⑤不正确，B符合题意。

故选B。

7.【答案】C

【解析】【分析】

“探究加速度与力、质量的关系”实验中，研究三者关系必须运用控制变量法，正确理解控制变量法的应用，通过图象得出两个物理量之间的关系，该图线需是线性图线。

本题考查“探究加速度与力、质量的关系”实验，根据实验原理分析问题。

【解答】

在“探究加速度与力、质量的关系”实验中，在研究两个变量之间的关系时，为了直观判断二者间的关系，应作出直线图形。探究加速度与质量的关系时，为了直观判断二者间的关系，应作出a−1m

图象。其他图像分析加速度与力、质量的关系不直观，故C正确，ABD错误。

故选C。

8.【答案】【解析】【分析】由探究牛顿第二定律的实验步骤及注意事项可判得结论．本题主要考查探究牛顿第二定律的实验步骤及注意事项，知道在该实验中要平衡摩擦力，知道未平衡好摩擦力导致的误差结果，知道图象的含义是解题的关键。较简单．【解答】

A、由图甲可知，当F=0时，a≠0，表示没有拉力作用时，小车已经有加速度，原因可能是补偿阻力时长木板倾角过大，故选项A正确；

B、图乙中图线在a轴上有截距，这是补偿阻力时长木板的倾角过大造成的，故选项B错误；

C、由图丙可知，当F≠0时，a=0，原因可能是补偿阻力时长木板的倾角过小，故选项C错误；

D、由图丁可知，图像在1m轴上有截距，这是补偿阻力时，长木板的倾角过小造成的，故选项D正确．

故选AD

9.【答案】BC

【解析】【分析】

通过位移的测量来代替加速度的测量原理，是根据初速度为零的匀加速直线运动位移时间公式x=12at2得出的，则要求初速度为零，运动时间要相等。

根据物体运动遵循的规律推导出实验操作的步骤是我们进行实验设计的基本思路。

【解答】

当两小车都做初速度为0的匀变速直线运动，根据x=12at2

可得物体的加速度a=2xt2，

所以a1a2=2x1t12×t2【解析】【分析】

本题考查“探究加速度与力、质量的关系”实验，只要掌握了实验原理就能顺利解决此类题目，就能举一反三，所以要注意基本原理的学习．

【解答】

AB.在a−F图中，当m≪M时，a与F成线性关系，所以甲、乙和丙较好地把握了实验条件M远远大于m，随着F的增大，即砂和砂桶质量的增大，不再满足砂和砂桶远小于小车的质量时，图象上部会出现弯曲现象，所以图象丁没有把握好实验条件M远大于m，故A正确，B错误；

C.甲图中，当F≠0时，a=0.也就是说当绳子上有拉力时小车的加速度还为0，说明遗漏了平衡摩擦力步骤或平衡摩擦力不足，即甲同学长木板的倾角太小，

乙图中a−F图象不过坐标原点，在a轴上有截距，说明木板垫起的太高，过度平衡摩擦力，故C正确；

D.丙图象是一条过原点的直线，说明较好地完成了平衡摩擦力的操作，故D正确。

故选ACD。

11.【答案】BC

【解析】解：A、此装置可以用来研究匀变速直线运动，但不需要平衡摩擦力，故A错误．

B、利用此装置探究“加速度与质量的关系”，通过增减小车上的砝码改变质量时，不需要重新调节木板倾斜度，故B正确．

C、在利用该装置来“探究物体的加速度与力、质量的关系”时，设小车的质量为M，小吊盘和盘中物块的质量为m，设绳子上拉力为F，

以整体为研究对象有mg=(m+M)a

解得a=mgM+m

以M为研究对象有绳子的拉力F=Ma=MM+mmg

显然要有F=mg必有m+M=M，故有M>>m，即只有M>>m时才可以认为绳对小车的拉力大小等于小吊盘和盘中物块的重力．故C正确；

D、探究“功与速度变化的关系”实验时，需要平衡摩擦力，方法是将木板带打点计时器的一端适当垫高，这样做的目的是利用小车重力沿斜面分力补偿小车运动中所受阻力的影响，从而小车受到的合力即为绳子的拉力，故D错误．

故选：BC

利用图示小车纸带装置可以完成很多实验，在研究匀变速直线运动时不需要平衡摩擦力，在探究“小车的加速度与质量的关系”和探究“功与速度变化的关系”实验时，需要平衡摩擦力，在探究“小车的加速度a与力F的关系”时，根据牛顿第二定律求出加速度a的表达式，不难得出当钧码的质量远远大于小车的质量时，加速度a近似等于g的结论

解决实验问题首先要掌握该实验原理，了解实验的操作步骤和数据处理以及注意事项，然后熟练应用物理规律来解决实验问题

1【解析】【分析】

本题考查了探究加速度与力、质量的关系的实验，该实验中需要平衡摩擦力，根据纸带求小车的加速度，掌握实验原理是正确解题的关键。

每次改变小车质量时，不需要重新平衡摩擦力；应保证小沙桶质量m远远小于小车和砝码质量M；实验处理数据时，应作出加速度和受力的a−F图像和加速度与质量的倒数的a−1M 图像；为更多采集数据，小车初始位置应靠近打点计时器。

【解答】

A.平衡摩擦力后有Mgsinθ=μMgcosθ，即μ=tanθ，与小车的质量无关，故改变小车质量时，不需要重新平衡摩擦力，故A错误；

B.实验过程中，需要将小沙桶和沙的重力作为小车的合力即绳子拉力，对于整体分析有mg=M+ma，对小车有T=Ma=MM+mmg=11+mMmg，故当小沙桶质量m远远小于小车和砝码质量M时，绳子拉力近似等于小沙桶和沙的重力，故B正确；

C.实验处理数据时，应作出加速度和受力的a−F图像和加速度与质量的倒数的a−1M 图像，故C错误；

D.【解析】略

14【答案】(1)①1m+M；

②否；本实验的研究对象为系统而非小车；

(2)【解析】【分析】

该实验研究的对象为系统，保持系统质量不变，沙桶的重力等于系统所受的合力，改变重力即可改变系统所受的合力，从而可探究加速度与合力的关系．

解决本题的关键知道该实验研究的对象是系统，保证系统质量不变，改变合力，可探究加速度和合力的关系．保持合力不变，改变系统质量，可探究加速度与质量的关系．

【解答】

(1)①将车内的沙子转移到桶中，就保证了M+m不变，即系统的总质量不变，研究对象是整个系统，

a=Fm+M=mgM+m，可见a−F图象斜率的物理意义是1M+m

②系统的合外力就等于所悬挂沙桶的重力mg，不必