考点9　实验：验证牛顿第二定—2021届高考物理总复习考点检测

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，应先接通打点计时器的电源，再放开小车，由于小车运动得较快，若先放开小车，再接通打点计时器电源，可能会使打在纸带上的点较少，不利于数据的采集和处理，同时要求开始时小车要靠近打点计时器，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，当满足m≪M时，绳的拉力才近似等于砂和砂桶的重力，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的大小关系是________。

A．2s1＞s2  B．2s1＝s2

C．2s1＜s2

答案　(1)BD　(2)正比　(3)B

解析　(1)实验前需要平衡摩擦力，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)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，根据运动的位移公式s＝at2，结合牛顿第二定律F＝ma，可知s1和s2的大小关系是：2s1＝s2，故A、C错误，B正确。

3．如图甲所示为“探究加速度与物体所受合外力的关系”的实验装置图。图甲中A为小车，质量为m1，连接在小车后面的纸带穿过打点计时器B，它们均置于一端带有定滑轮的足够长的木板上，P的质量为m2，C为弹簧测力计，实验时改变P的质量，读出测力计不同读数F，不计绳与滑轮之间的摩擦。

(1)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．实验时应先接通电源后释放小车

C．实验中m2应远小于m1