考点9　实验：验证牛顿第二定律

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《金版教程》高考总复习首选用卷·物理(旧高考)
考点 9　实验：验证牛顿第二定律
题组一　基础与经典题
1．某实验小组探究小车的加速度与质量和合外力的关系时，用了图 a所示
的装置，设小车及砝码的质量为 M，砂和砂桶的质量为 m，则：
(1)本实验采用的实验方法是________。
A．控制变量法 B．转换法
C．理想实验法 D．等效替代法
(2)下列操作与说法正确的是________。
A．实验时，先放开小车，后接通电源
B．平衡摩擦力时，应将砂桶用细绳绕过定滑轮系在小车上
C．每次改变小车的质量时，不需要重新平衡摩擦力
D．在满足 m≪M时，绳的拉力近似等于砂和砂桶的重力
(3)实验得到如图 b所示的一条纸带，相邻两计数点的时间间隔为 T，B、C间
距为 s2，D、E间距为 s4，则小车加速度的表达式为 a＝________(用T、s2、s4表示)。
答案　(1)A　(2)CD　(3)
解析　(1)为了探究小车的加速度与质量和合外力之间的定量关系，可以在
小车质量一定的情况下，探究小车的加速度与合外力的关系；再在小车受力一定
的情况下，探究小车的加速度与其质量的关系；最后归纳出加速度与合外力、质
量之间的关系。这样的物理方法称为控制变量法，故选 A。
(2)实验时，若先放开小车，再接通打点计时器电源，会使打在纸带上的点
较少，不能有效利用纸带，且开始打点时不稳定，故 A错误；平衡摩擦力时，
应将细绳从小车上拿去，轻轻推动小车，使小车拖着纸带沿木板运动，通过打点
计时器打出来的纸带判断小车是否做匀速运动，故 B错误；每次改变小车的质
量时，小车的重力沿斜面的分力和摩擦力仍能抵消，不需要重新平衡摩擦力，故
C正确；依据牛顿第二定律，mg－F＝ma，F＝Ma，可解得绳的拉力 F＝＝，当
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满足 m≪M时，绳的拉力 F近似等于砂和砂桶的重力 mg，故 D正确。
(3)根据逐差法得：s4－s2＝2aT2，解得 a＝。
2．在“探究加速度与力的关系”实验中，某小组设计了如图所示的实验装
置。图中上下两层前端均固定有光滑滑轮，两相同小车前端各系一条细线，细线
跨过定滑轮并挂上一个砝码盘，盘中可放砝码，小车Ⅱ所挂砝码和砝码盘的总质
量是小车Ⅰ所挂砝码和砝码盘总质量的两倍。将砝码和砝码盘的总重力作为小车
所受合外力，两小车尾部各系一条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，按下装置两小车同时立即停止。某次实验时小车Ⅰ的位移
为s1，小车Ⅱ的位移为 s2。
(1)为了减小实验误差，下列说法正确的是________。
A．实验之前将轨道倾斜来平衡摩擦力，平衡摩擦力时需要挂上砝码盘和砝
码
B．实验之前将轨道倾斜来平衡摩擦力，平衡摩擦力时不需要挂上砝码盘和
砝码
C．砝码盘和砝码的总质量应远大于小车的质量
D．砝码盘和砝码的总质量应远小于小车的质量
(2)若实验测得小车Ⅱ位移近似是小车Ⅰ位移的两倍，则可得实验结论：在
质量一定的情况下，物体的加速度与所受到的合外力成________(填“正比”或
“反比”)。
(3)由于实验中将砝码和砝码盘的总重力作为小车所受合外力的大小，因此
s1和s2的实际大小关系是________。
A．2s1＞s2 B．2s1＝s2
C．2s1＜s2
答案　(1)BD　(2)正比　(3)A
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解析　(1)实验前需要将轨道倾斜来平衡摩擦力，平衡摩擦力时不需要挂上
砝码盘和砝码，故 A错误，B正确；若要将砝码和砝码盘的总重力作为小车所受
合力，须满足砝码和砝码盘的总质量远小于小车质量，故 C错误，D正确。
(2)使两小车同时开始运动，并同时停止，两车运动的位移 s＝at2，则位移与
加速度成正比，实验测得小车Ⅱ位移近似是小车Ⅰ位移的两倍，由题知小车Ⅱ所
受合力为小车Ⅰ的两倍，则可得实验结论：在质量一定的情况下，物体的加速度
与所受到的合外力成正比。
(3)设砝码和砝码盘的总质量为 m，小车的质量为 M，连接砝码盘和小车的
细线中的拉力为 T，则有 mg－T＝ma，T＝Ma，解得 a＝；由于 m2＝2m1，则 a2
＝＝<＝2a1，由 s＝at2知，s2<2s1，故 A正确，B、C错误。
3．实验小组的同学们在做“探究加速度与物体受力、物体质量关系”的实
验时，采用如图甲所示的实验装置，让重物(砝码和托盘)通过细绳拖动小车在长
木板上做匀加速直线运动。
(1)为了减小误差，实验前需要做好以下两项准备：
①调整垫片的位置，使小车在不受拉力作用时能拖动纸带在木板上做匀速
直线运动。这样做是为了消除摩擦力的影响，使小车所受合外力 F等于________
________；
②挑选合适的重物(砝码和托盘)，使小车质量 M远大于重物(砝码和托盘)质
量m。这样做是为了使小车匀加速运动时，小车所受拉力近似等于____________
____________。
(2)实验过程中，下列操作正确且必要的是________。
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．先放开小车再接通打点计时器的电源
C．改变小车质量时，重新调节垫片的位置
(3)正确操作后，甲同学挑选出的一条纸带如图乙所示，图中 A、B、C、D、E
摘要：

《金版教程》高考总复习首选用卷·物理(旧高考)考点9　实验：验证牛顿第二定律题组一　基础与经典题1．某实验小组探究小车的加速度与质量和合外力的关系时，用了图a所示的装置，设小车及砝码的质量为M，砂和砂桶的质量为m，则：(1)本实验采用的实验方法是________。A．控制变量法B．转换法C．理想实验法D．等效替代法(2)下列操作与说法正确的是________。A．实验时，先放开小车，后接通电源B．平衡摩擦力时，应将砂桶用细绳绕过定滑轮系在小车上C．每次改变小车的质量时，不需要重新平衡摩擦力D．在满足m≪M时，绳的拉力近似等于砂和砂桶的重力(3)实验得到如图b所示的一条纸带，相邻两计数点的时间间...

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