Question

【題目】實驗小組的同學在“驗證牛頓第二定律”實驗中，使用了如圖所的實驗裝置。

(1)本實驗的研究對象是________

A.砂桶（及桶中的砂） B.小車（及車中砝碼）

(2)在下列測量工具中，本次實驗需要用的測量儀器有________。（選填測量儀器前的字母）

A.刻度尺 B.秒表 C.天平

(3)實驗中，為了可以將細線對小車的拉力看成是小車所受的合外力，需要平衡摩擦力。

操作步驟如下：先調節長木板一端滑輪的高度，使細線與長木板平行，在不掛細繩和砂桶的情況下，改變木板的傾斜程度，直至小車能拖動紙帶沿木板做________，即平衡好摩擦力。

A.勻速直線運動 B.勻變速直線運動

(4)在做保持小車質量不變，驗證小車的加速度與其合外力成正比的實驗時，小車（及車中砝碼）的總質量為M，砂和砂桶的總質量為m。

①實驗中要進行質量M和m的選取，以下最合理的一組是________。

A.M=200g，m=10g、15g、20g、25g、30g、40g

B.M=200g，m=20g、40g、60g、80g、100g、120g

C.M=400g，m=10g、15g、20g、25g、30g、40g

D.M=400g，m=20g、40g、60g、80g、100g、120g

②小芙同學在做保持小車質量不變，驗證小車的加速度與其合外力成正比的實驗時，根據測得的數據作出如圖所示的a-F圖線，所得的圖線既不過原點，又不是直線，原因可能是________.（選填選項前的字母）

A.木板右端所墊物體較低，使得木板的傾角偏小

B.木板右端所墊物體較高，使得木板的傾角偏大

C.M遠大于m

D.m不滿足遠小于M

(5)小鐘同學利用圖已調整好的裝置進行實驗中，保持砂和砂桶的總質量不變，改變小車（及車中砝碼）的總質量M，并測出不同的M所對應的加速度a，以M為橫坐標，為縱坐標，在坐標紙上作出如圖所示的關系圖線，實驗結果驗證了牛頓第二定律。如果圖中縱軸上的斜率為k，縱截距為b，則砂和砂桶的總質量m=________.

Answer 1

【答案】B AC A C AD

【解析】

(1)根據實驗原理選擇恰當的對象.

(2)根據實驗需要測量的量確定實驗器材，“驗證牛頓第二定律”實驗需要用天平測量小車、砂、砂桶的質量，需要用刻度尺測量計數點間的距離.

(3)為了使細線對小車的拉力等于小車所受的合外力，還需要先平衡摩擦力.

(4)①當沙和沙桶總質量遠遠小于小車和砝碼的總質量，即m＜＜M時才可以認為繩對小車的拉力大小等于沙和沙桶的重力.

②首先明確桶和砝碼的重力可以認為等于小車所受拉力的條件；在橫軸上有截距，說明當拉力大于0時物體的加速度等于零，此時的合力仍等于零，說明沒有平衡摩擦力；圖象中的彎曲時因為桶和砝碼的質量不能滿足遠小于小車的質量這一條件.

(5)由牛頓第二定律求出圖象的函數表達式，然后根據圖象分析答題.

(1)驗證牛頓第二定律的實驗選擇小車為對象可以方便的測得其合外力、質量和加速度的關系；故選B.

(2)“驗證牛頓第二定律”實驗需要用天平測量小車(及車中砝碼)的質量，需要用刻度尺測量計數點間的距離從而求加速度；故選AC.

(3)小車下滑時受到重力、細線的拉力、支持力和摩擦力，要使拉力等于合力，則應該用重力的下滑分量來平衡摩擦力，可以將長木板中固定打點計時器的一段墊高，撤去砂和砂桶，輕推小車，從打出的紙帶上的點跡是否等間距分布判斷小車是否做勻速運動；故選A.

(4)①當m＜＜M時，即當沙和沙桶總質量遠遠小于小車和砝碼的總質量，繩子的拉力近似等于沙和沙桶的總重力．因此最合理的一組是C．故選C．

②圖中的圖線在橫軸上由截距，說明a=0時，F＞0．說明當繩子上有拉力時小車沒有加速度，說明實驗前沒有平衡摩擦力或者平衡摩擦力不足，平衡摩擦力不足時可以適當增大木板夾角；從圖象中可以看出：當拉力F較小時，砂和砂桶的質量較小，滿足遠小于小車的質量這一條件，此時圖象是傾斜直線；當拉力F慢慢增大時，即砂桶和砂的總質量增加時，由于不滿足砂和砂桶的質量遠小于小車的質量，圖象出現彎曲.故A、D正確，B、C錯誤，故選AD.

(5)根據題意，對系統由牛頓第二定律得：mg=(M+m)a，則，則圖象的截距為，圖象的斜率為，故砂和砂桶的總質量.