第四章 专题强化15 实验：验证牛顿第二定律（配套教参Word）-【步步高】2025-2026学年高一物理必修第一册学习笔记（人教版 浙江专版）

专题强化15　实验：验证牛顿第二定律

[学习目标]　1.进一步理解探究加速度与力、质量的关系的实验方法(重点)。2.会利用牛顿第二定律分析实验数据和实验误差(难点)。

 1.在“探究加速度与力、质量的关系”实验中，为什么当槽码质量远小于小车质量时，绳子的拉力接近于槽码的重力？

答案　对小车有FT=Ma

对槽码有mg-FT=ma

则mg-FT=m，

mg=FT(1+)

故当M≫m时，FT≈mg。

2.在探究加速度与力、质量的关系实验时，当小车质量一定时，我们得出的a-F图像如图所示，请分析出现问题的原因？

答案　①是因为平衡阻力过度

②是因为平衡阻力不彻底或未平衡阻力

③小车的加速度a==F，a-F图像的斜率k=，当不满足M≫m时，随着m增大，斜率减小，图像会向下弯曲，故图像发生弯曲的原因是随着F的增大，不再满足小车质量远大于槽码质量。

例1　(2025·浙江省高一月考)实验小组同学在探究加速度与力和质量的关系”实验中，使用如图甲所示的实验装置。

(1)该实验同时研究三个物理量间的关系是很困难的，因此本实验采用的研究方法是　　　　。 

A.放大法 B.控制变量法

C.微元法 D.极值法

(2)在研究加速度与力的关系过程中，为了测“力”，实验小组提出用槽码的重力代替小车所受合力的构想，为实现构想，下列说法正确的是　　　　。 

A.使小车沿倾角合适的轨道运动，小车受力可等效为只受细绳的拉力

B.使小车沿水平放置的轨道运动，小车受力可等效为只受细绳的拉力

C.使小车沿轨道运动的加速度越大，槽码的重力就越接近细绳的拉力

D.使槽码的质量远小于小车的质量，槽码的重力就越接近细绳的拉力

(3)实验小组获取一条如图乙所示的纸带(图中相邻两点间有4个点未画出，交流电源频率为50 Hz)，并标出测量点和对应的间距，该小车的加速度大小为　　　　　 m/s2(计算结果保留2位有效数字)。 

(4)实验小组在探究小车的加速度与力关系的实验时，保持小车质量不变。根据测得的数据作出如图丙所示的a-F图线，所得的图线既不过原点，又不是直线，原因可能是　　　　。

A.轨道右端所垫物体较低，使得轨道的倾角偏小

B.轨道右端所垫物体较高，使得轨道的倾角偏大

C.多次实验中槽码的质量未始终满足远小于小车的质量

D.多次实验中槽码的质量始终满足远小于小车的质量

答案　(1)B　(2)AD 　(3)0.80　(4)AC

解析　(1)本实验采用控制变量的研究方法，故选B。

(2)倾角合适时，重力沿轨道方向上的分力与摩擦力抵消，小车受力可等效为只受细绳的拉力，故A正确，B错误；槽码的质量远小于小车的质量，小车的加速度越小，槽码的重力就越接近细绳的拉力，故C错误，D正确。

(3)由题意可知，相邻两点间有4个点未画出，故相邻两点间时间间隔为T=0.1 s，用逐差法可计算得小车的加速度为a=，代入题中数据解得a=0.80 m/s2；

(4)图线不过原点，则当细绳上拉力达到一定值时小车才有加速度，可能是因为轨道倾角偏小，故A正确，B错误；图线不是直线，且在F较大时出现弯曲，是因为槽码的质量不满足远小于小车的质量，故C正确，D错误。

例2　(2024·浙江省北斗联盟期中)研究性学习小组的同学欲用补偿法探究小车质量不变时，其加速度与力的关系，在实验室设计了一套如图甲所示的装置，由于实验室的槽码不足，于是该同学想到了垫片、回形针，如图乙所示。垫片挂在回形针上面，回形针绑在细线的下端，细线上端通过定滑轮连接小车。

(1)若取车子的质量是0.4 kg，改变垫片个数，进行多次实验，以下一个垫片取值最合适的是　　　　。 

A.m=15 g　　B.m=150 g　　C.m=350 g

(2)已知交流电源的频率为50 Hz，某次实验得到的纸带如图丙所示，图中A、B、C、D为计数点，相邻两计数点间还有4个点未画出，测得AB为4.60 cm、BC数据模糊不清、CD为6.40 cm。由该纸带可求得小车的加速度a=　　　　 m/s2(保留2位有效数字)。