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研究牛顿第二定律规律实验装置

发布时间:2022-01-07 09:18:28

『壹』 某同学做“验证牛顿第二定律”的实验,实验装置如图所示.采用控制变量法研究加速度与合力的关系时,根据

研究加速度与力的关系实验中,在实验前要平衡摩擦力,如果不平衡摩擦力或平衡摩擦力不足,则a-F图象在F轴上有截距;如果平衡摩擦力时,木板倾角太大,平衡过度,则a-F图象在a轴上有截距.
只有当小车质量远大于钩码质量时才可近似认为小车受到的拉力等于钩码的重力,如果钩码质量太大,小车受到的拉力明显小于钩码重力,a-F图象不是直线,要发生弯曲.
故答案为:(1)平衡摩擦力时,木板倾角太大,平衡过度;(2)增大合力时,最后的数据测量中,配重的质量增加太多.

『贰』 探究“牛顿第二定律”时,某小组设计双车位移比较法来探究加速度与力的关系。实验装置如下图所示,将两平

(1) ;②控制两车同时运动和同时停止;调整两木板平衡摩擦力(或使砝码盘和砝码的总质量远小于小车的质量等);

『叁』 (1)(5分)如下左图,是研究牛顿第二定律的实验装置,要求用该装置测定重力加速度g。(已平衡摩擦力)

①(S2-2S1)/T2 或 (S3+S1-2S2)/T2或(S3-S2-S1)/2T2
②小车的质量M沙桶质量m(M+m)a/m

『肆』 小华所在的实验小组利用如图所示的实验装置探究牛顿第二定律,打点计时器使用的交流电频率f=50Hz,当地的

(1)在实验前必须进行平衡摩擦力,其步骤如下:取下细线和砂桶,把木板不带滑内轮的一端适当垫高并反复调容节,直到轻推小车,使小车恰好做匀速直线运动,这样小车所受的摩擦力与小车沿斜面向下的重力的分力平衡.
(2)利用匀变速直线运动的推论可知:B点的瞬时速度等于AC间的平均速度,则有:
vB=

s1+s2
2T
=
2.02+4.00
2×0.1
×10?2≈0.300m/s;
(3)应用描点法画出图象如下所示,由图象可知,a-
1
M
图象过原点,合外力等于图象的斜率,大小为 F=
1.2
4
N=0.30N

故答案为:
(1)匀速直线;
(2)0.300;
(3)图象如图所示,0.30.

『伍』 (I)某同学在实验室用如图所示的装置来研究牛顿第二定律. (1)如图甲,①调整长木板倾斜时时沙桶是否

(1)①调整长木板倾斜时沙桶不能悬挂;正确的调整应是:在不悬挂沙筒时,给小车一个初速度,小车能够带动纸带匀速下滑.
②设砂和砂桶的总质量为m,小车的质量为M,则小车在运动过程中根据牛顿第二定律得:
对于小车:F=Ma
对于砂和砂桶:mg-F=ma;
解得:F=
Mmg
m+M
=
mg
1+
m
M

所以满足m<<M的条件下,小车在运动过程中受到的合外力近似等于砂和砂桶的总重力,能减小该实验的系统误差.
(2)由于在A于B之间和B与C之间还有4个点没有标出,所以两个计数点之间的时间间隔是T=5t,根据导出公式:△x=aT 2 得:
a=
△x
T 2
=
.
OC
-
.
OA
T 2
=
62.00-42.05
(5×0.02 ) 2
×1 0 -2 m/ s 2 =0.95m/ s 2 ;
(3)由(1)的方向知,F=
Mmg
m+M
=
mg
1+
m
M
,根据牛顿第二定律得: a=
F
M
=
mg
m+M
当m的质量较大时,a-m的图线将向下弯曲.故图C正确.
故答案为:(1)①否 小车拉着纸带作匀速直线运动②M>>m(2)0.95(3)C.

『陆』 如图1所示是研究牛顿第二定律的实验装置.长木板固定在水平桌面上,打点计时器固定在长木板上,纸带穿过

(1)小车运动时受到重力、支持力、阻力与两个绳子上的拉力,阻力与重力沿斜面向下的分力平衡,所以小车受到的合外力等于拉力的2倍,即2F.
(2)小车在斜面上做加速运动,aT2=△x①,由于是研究质量不变时加速度与合外力的关系,看F∝a是否成立,所以不需要测量小车的质量;同时,公式①与斜面的长度以及纱筒的质量均无关.故也不需要测量,①公式与小车的位移有关,需要测量纸带上计数点间的距离.故D正确.
故选:D
(3)该实验中使用力传感器来测量力,所以对纱筒与小车的质量关系没有要求,测量的结果应该是过原点的直线.故乙正确.
故答案为:(1)2F;(2)D;(3)乙

『柒』 如图甲所示为为“验证牛顿第二定律”的实验装置示意图.某同学用此实验装置研究物体加速度和合外力的关系

①平衡摩擦力的标准为小车可以匀速运动,打点计时器打出的纸带点迹间隔均匀.
设小车的质专量为M,砝码和砝码盘属的质量为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=

mg
M+m

以M为研究对象有绳子的拉力F=Ma=
M
M+m
mg
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砝码和砝码盘的重力.所以为了保证在改变小车中砝码的质量时,小车所受的拉力近似不变,小吊盘和盘中物块的质量之和应该远小于小车和砝码的总质量.
②研究物体加速度和合外力的关系时,应保证小车质量不变;
③a、由图线OA段可知,a与F的图线是倾斜的直线,可知质量一定的情况下,加速度与合外力成正比.
b、因为图线的斜率表示物体的质量,AB段明显偏离直线,此时小车的质量不再远大于钩码的质量,斜率为钩码和小车总质量的倒数.
故选:C
故答案为:①间距相等;砝码及砝码盘的总质量远小于小车的质量;②小车的质量;③a.当小车质量不变时,小车的加速度与合外力成正比;b.C

『捌』 ①图1所示示为探究牛顿第二定律的实验装置,该装置由气垫导轨、两个光电门、滑块和沙桶等组成.光电门可

①A、光电门可以测出滑块分别通过两个光电门的瞬时速度,导轨标尺可以测出两个光电门间的距离,运用匀变速直线运动的公式求解加速度.故A正确.
B、用该装置验证牛顿第二定律时,要保证拉力近似等于沙桶的重力,必须满足M≥m,故B正确.
C、该装置中滑块所受的合力不是重力,所以机械能不守恒,不可以用该装置验证机械能守恒定律,故C错误.
D、用该装置光电门可以测出滑块分别通过两个光电门的瞬时速度,满足M≥m,滑块的合力就近似等于沙桶的重力,导轨标尺可以测出两个光电门间的距离,这样就可以求出拉力做功,可以验证动能定理.故D错误.
故选AB.
②根据牛顿第二定律可知mg=(m+M)a则a=

mg
m+M
,故在M一定的情况下,
当m<<M时绳子拉力T=
M
M+m
mg=mg,故小车的加速度a=
mg
M
,所以a-F关系图线是一条直线,a-
1
M
关系图线是一条直线,但随桶和砂子的质量m增大,绳子拉力T=
M
M+m
mg≠mg,a-F关系图线不再是正比例函数图线,当m>>M时,物体的加速度等于g,故随m的增大物体的a-F,a-
1
M
关系图象偏离直线.故AB段明显偏离直线,且图象不过坐标原点,造成这些误差的主要原因是所挂桶和砂子的总质量太大不再满足m<<M.故选AC.
故答案为:①AB;②AC

『玖』 关于“用DIS探究牛顿第二定律”的实验(1)如图1是本实验的装置图,图中①是位移传感器的______部分,②

(1)发射器固定在小车上,接收器应该固定在轨道上.
所以图中①是位移专传感器的发射器部分,②属是位移传感器的接收器部分.
本实验通过控制变量法研究加速度与力、质量的关系,所以
通过改变悬挂钩码的个数来改变对小车的拉力,通过在小车上加配重片来改变小车的质量.
(2)从上图中发现直线没过原点,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处于静止,说明小车的摩擦力与绳子的拉力抵消呢.该组同学实验操作中遗漏了平衡摩擦力这个步骤.
所以造成图中直线不过坐标原点的原因是未平衡摩擦力或平衡摩擦力不足.
a=

F?f
m

a-F图线的斜率的倒数即物体的质量,
所以m=
1
k
=0.77kg
故答案为:(1)发射器、接收器、改变悬挂钩码的个数、在小车上加配重片.
(2)未平衡摩擦力或平衡摩擦力不足、约0.77.

『拾』 在“用DIS探究牛顿第二定律”的实验中(1)如图(左)是本实验的装置图,实验采用分体式位移传感器,其发

(1)发射器固定在小车上,接收器应该固定在轨道上.
所以其发射部分是图中的①,与数据采集器连接的是②部分.
(2)a=

F?f
m

a-F图线的斜率的倒数即物体的质量,
所以m=
1
k
=0.77kg
故答案为:(1)①,②
(2)m=0.77kg

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