27版53高中同步新教材必修第一册人教物理练习册第四章专题强化练9　牛顿第二定律在动力学实验中的应用

第四章运动和力的关系专题专项练专题强化练9牛顿第二定律在动力学实验中的应用题组一探究加速度与力、质量的关系1.[2026山西朔州模拟]如图甲所示是“探究加速度与力、质量的关系”的实验装置。(1)为了满足实验中的两个近似条件,使槽码的总重力mg可近似等于细线对小车的拉力,对应的操作是

___________;使细线的拉力可近似作为小车所受的合力,对应的操作是____________。(填对应标号)A.调整长木板上滑轮的高度,使细线与长木板平行B.补偿小车受到的阻力C.槽码的总质量m应远小于小车和车上砝码的总质量M(2)图乙是某同学在实验中得到的一条纸带,相邻两个计数点间还有四个点未画出,实验中交流电源的

频率是50Hz,则小车的加速度大小为______________m/s2。(结果保留3位有效数字)(3)若某次实验中,没有使槽码的总质量m远小于小车和车上砝码的总质量M,其他实验操作均正确。改

变小车和车上砝码的总质量M,重复操作得到多组数据,以小车和车上砝码的总质量M为横坐标、小车

加速度的倒数

为纵坐标,A、B两组同学得到的

-M图像如图丙所示(b为已知量)。由图丙可知,小车和车上砝码的总质量M越大,小车的加速度a越________(选填“大”或“小”);若该实验验证了牛顿第小

1.36

AB

C

二定律,则当地的重力加速度大小为___________(用b表示),B组所用槽码的总质量m比A组的更_______

(选填“大”或“小”)。小

解析

(1)为了使细线的拉力可近似作为小车所受的合力,需要先补偿小车受到的阻力,且调整长木板

上滑轮的高度,使细线与长木板平行,以保持细线的拉力方向与小车运动方向相同,故第二空选A、B。

平衡摩擦力后,根据牛顿第二定律,对小车有T=Ma,对槽码有mg-T=ma,联立可得T=

=

·mg,可知为了使槽码的总重力mg近似等于细线对小车的拉力,需要满足槽码的总质量m远小于小车和车上砝码

的总质量M,故第一空选C。(2)相邻两个计数点间还有四个点未画出,则相邻计数点间的时间间隔T=5×

=0.1s,根据逐差法,可得小车的加速度大小为a=

=

m/s2=1.36m/s2。(3)由题图丙可知,小车和车上砝码的总质量M越大,

越大,则小车的加速度a越小。根据牛顿第二定律可得T=Ma,mg-T=ma,整理可得

=

·M+

,可知题图丙中

-M图线的斜率k=

,纵轴截距b=

,则当地的重力加速度大小为g=

;由题图丙可知B图线斜率大于A图线斜率,则B组所用槽码的总质量m比A组的更小。2.[2026江苏南通海安高级中学月考]为了探究物体质量一定时加速度与力的关系,小张同学设计了如

图甲所示的实验装置。其中M为小车的质量,m0为沙和沙桶的总质量。一轻绳跨过轻质定滑轮和动滑

轮,一端连接沙桶,另一端连接力传感器,力传感器可测出轻绳中的拉力大小。

(1)实验过程中,下列操作正确的是____________。A.调整长木板左端的定滑轮,使得轻绳与长木板平行B.在不挂沙桶的前提下,将带滑轮的长木板右端垫高,以平衡摩擦力C.小车靠近打点计时器,先释放小车,再接通电源

AB

D.为减小误差,实验中要保证沙和沙桶的总质量m0远小于小车的质量M(2)小张同学在实验中打出的纸带如图乙所示,图中相邻两计数点间还有4个点未画出,打点计时器使用

的交流电源的频率为50Hz,则小车的加速度大小为_____________m/s2。(结果保留2位有效数字)

(3)小张同学控制小车质量一定,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图线是一

条直线,如图丙所示,图线与横轴的夹角为θ,求得图线的斜率为k,则小车的质量为___________。A.

B.tanθ

C.

D.

C

2.0

(4)小张同学不断增加沙子质量重复实验,发现小车的加速度最后会趋近于某一数值,从理论上分析可知,该数值应为___________m/s2(g取10m/s2)。

5

解析

(1)调整长木板左端的定滑轮,使得轻绳与长木板平行,保证绳的拉力方向沿着小车运动方向,减

小误差,故A正确;在不挂沙桶的前提下,将带滑轮的长木板右端垫高,以平衡摩擦力,减小由摩擦力产生

的误差,故B正确;为了充分利用纸带,应使小车靠近打点计时器,先接通电源,待打点稳定后再释放小车,

故C错误;只有实验中无法直接测量绳的拉力大小时,才需要使沙和沙桶的总质量m0远小于小车的质量

M,本实验采用力传感器直接测量绳的拉力,不需要满足沙和沙桶的总质量m0远小于小车的质量M,故D

错误。(2)题图乙中相邻两计数点间还有4个点未画出,故相邻两个计数点间的时间间隔为T=5×

=0.1s,利用逐差法可得小车的加速度大小为a=

=

m/s2≈2.0m/s2。(3)对小车,由牛顿第二定律可得2F=Ma,整理得a=

·F,可知a-F图线的斜率为k=

,结合题图丙可得小车的质量为M=

,故选C。(4)根据实验原理可知小车的加速度大小是沙和沙桶加速度大小的

,对沙和沙桶,由牛顿第二定律得m0g-F=m0a',对小车,有2F=Ma,且a'=2a,整理得小车的加速度a=

;不断增加沙子质量,则使

趋近于0,可知小车的加速度将趋近于

=5m/s2。题组二测量动摩擦因数3.[2026辽宁名校联盟联考]某实验小组用如图所示的装置测量木块(包括上面的遮光片)的质量M和木

块与木板之间的动摩擦因数μ。将木板放置在水平桌面上,并固定好光电门和光滑轻质定滑轮。在木

块上固定一个遮光片,遮光片宽度为d。将木块放在远离定滑轮的一侧,系上轻质细线,细线跨过定滑轮,

另一端连接力传感器,传感器下方系上砝码盘,调节滑轮高度使细线与木板平行。测量出遮光片到光电

门的初始距离为L,将砝码放入砝码盘中,木块在木板上从静止开始做匀加速直线运动,遮光片通过光电

门的遮光时间记作t。保持遮光片到光电门的初始距离L不变,改变砝码盘中砝码的个数,记录相应的力

传感器示数F和遮光时间t,再利用图像法进行数据处理。(空气阻力忽略不计,重力加速度为g)

(1)下列有利于减小实验误差的有____________。A.选用较宽的遮光片进行实验B.选用较窄的遮光片进行实验

BC

C.增大遮光片到光电门的初始距离D.减小遮光片到光电门的初始距离

(2)作出以___________(选填“t”“t2”“

”或“

”)为纵坐标、以力传感器示数F为横坐标的图像,发现是一次函数图像。若图线的斜率为k,纵轴截距的绝对值为b,则可计算出木块(包括上面的遮光片)

的质量M=___________,木块与木板之间的动摩擦因数μ=___________。(均用题中给的字母表示)解析

(1)计算木块经过光电门的瞬时速度时,用遮光片通过光电门这段时间内的平均速度来代替,即

等于遮光片的宽度与挡光时间的比值,遮光片宽度越小,实验误差越小,A错误,B正确;遮光片到光电门

的距离越大,到达光电门时的速度越大,通过光电门的时间越短,测得的速度越接近瞬时速度,相对误差

越小,C正确,D错误。(2)木块通过光电门的速度v=

,木块做初速度为0的匀加速直线运动,运动到光电门有v2=2aL,再根据牛顿第二定律有F-μMg=Ma,联立解得

=

·F-

,所以

-F图像是一次函数关系图像,图线的斜率k=

,纵轴截距的绝对值b=

,可得M=

,μ=

。4.[2025广东广深珠联考期中]某同学在实验室取两个完全相同的木盒,来测量木盒与木板之间的动摩

擦因数。由于实验室中的天平损坏,无法称量质量,他采用“对调法”完成测量,如图甲所示,一端装有

定滑轮的长木板固定在水平桌面上,木盒1放置在长木板上,左侧与穿过打点计时器的纸带相连,右侧用

细线跨过定滑轮与木盒2相连。

(1)实验前,_________(选填“需要”或“不需要”)调整定滑轮的高度使细线与木板平行,

__________(选填“需要”或“不需要”)将长木板左侧垫高来平衡摩擦力。(2)实验时,木盒1不放细沙,在木盒2中装入适量的细沙,接通电源,释放纸带,打点计时器打出一条纸带,

加速度记为a1;随后将木盒1与木盒2(含细沙)位置互换,换一条纸带再次实验,打出第二条纸带,加速度记

为a2,两纸带编号为一组。改变木盒2中细沙的多少,重复上述过程,得到多组纸带。(3)由于纸带与限位孔之间的摩擦,实验测得的动摩擦因数_________(选填“偏大”或“偏小”)。偏大

不需要

需要

(4)将实验测得的加速度绘制在乙图中,得到a2-a1关系图像,已知重力加速度取9.80m/s2,由图像可得木盒

与木板间的动摩擦因数为______________(保留2位有效数字)。

0.54

解析

(1)调整定滑轮的高度,使细线与长木板平行,保证细线对木板上方木盒的拉力沿水平方向;不需

要将长木板左侧垫高来平衡摩擦力,因为本实验的目的是测量木盒与木板间的动摩擦因数。(3)由于纸带与限位孔之间的摩擦,测得的