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必修部分力学实验最新模拟题冲刺
专题5 验证牛顿第二定律
1. (2024 天津宁河区期末)学校某物理实验小组用如图1 所示的实验装置来验证“当物体的质量一定时，加
速度与所受合外力成正比”的实验。
（1）实验时，下列操作中正确的是_______
A.用天平测出砂和砂桶的质量
B.小车靠近打点计时器，先释放小车，再接通电源
C.为了实验准确，每次改变砂桶中砂的质量后，都要重新平衡摩擦力
D.平衡摩擦力时，将无滑轮端适当垫高，在小车后端连纸带且穿过打点计时器，小车前端不需要悬挂砂桶
（2）如图2 所示是实验中选择的一条合适的纸带（纸带上相邻的两个计数点之间还有4 个点没有画出），
已知打点计时器的打点频率为
，该小车的加速度
_______
。
（3）若保持小车的质量不变，改变砂桶中砂的质量，记录多组拉力传感器的示数F 和对应纸带求出的加速
度a 的数值，并根据这些数据，绘制出如图3 所示的
图像，分析此图像不过原点的原因可能是
________，实验小组仔细分析图像，得出了实验所用小车的质量为_______
。
【参考答案】 （1） ①. D （2） ②. 0.20 （3） ③. 木板抬得过高，平衡摩擦力过度 ④. 1.0
【名师解析】
1
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（1）[1] A．因有拉力传感器，则不需要用天平测出砂和砂桶的质量，选项A 错误；
B．小车靠近打点计时器，先接通电源，再释放小车，选项B 错误；
CD．平衡摩擦力时，将无滑轮端适当垫高，并在小车后端连纸带且穿过打点计时器，但前端不需要连接轻
绳、悬挂砂桶，每次平衡摩擦力后，因
改变质量后，不需要重新平衡摩擦力，选项C 错误，D 正确。
故选D。
（2）[2]纸带上相邻的两个计数点之间还有4 个点没有画出，则T=0.1s，该小车的加速度
（3）[3][4]由图像可知，当拉力为零时小车就已经有了加速度，可知原因是木板抬得过高，平衡摩擦力过
度；设拉力为零时，所受合力为
，由于
可得
则
解得
M=1.0kg
2.. (2024 山西晋城名校联考)某同学利用图1 所示装置验证牛顿第二定律。
2
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实验步骤如下：
（1）将气垫导轨一侧用升降台（图中未画出）垫高，固定弹簧测力计一端，另一端用细线拉住滑块，滑
块静止在气垫导轨的某一位置，调整细线与气垫导轨平行，记下弹簧测力计的示数
如图2 所示，则
__________N。
（2）保持滑块质量不变，撤去细线，让滑块由静止开始下滑，设滑块受到的合外力为F，则
F=_______N。某次实验中通过速度传感器得到滑块运动的v-t 图像如图3 所示，可知滑块的加速度为
_________m/s²（结果保留2 位有效数字）。
（3）改变气垫导轨的倾角，重复上述步骤可测出多组F、a 数据，作出a—F 图像如图4 所示，由图可知该
滑块的质量为___________kg（结果保留2 位有效数字）。
【参考答案】 （1） ①. 2.4 （2） ②. 2.4 ③. 0.56 （3） ④. 0.50
【名师解析】
（1）[1]由图可知弹簧测力计的最小刻度为0.2N，示数为2.4N。
（2）[2]对滑块受力分析，撤去细线，让滑块由静止开始下滑，滑块受到的合外力即为细线拉力大小，为
2.4N。
[3]根据v-t 图像中图线的斜率表示加速度，可得滑块的加速度为
3
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（3）[4]根据牛顿第二定律，可得
结合图像，有
解得
3. （2024 浙江舟山期末）某兴趣小组用如图1 所示的装置探究加速度与力、质量的关系。
（1）除了图1 中所给器材以及学生电源、导线外，还必须使用的器材有______。（多选）
A.秒表 B.刻度尺 C.铁架台 D.天平
（2）关于本实验，下列说法正确的是______。
A.每次释放小车
位置必须相同
B.槽码的质量应远小于小车的质量
C.实验时，应先释放小车再接通打点计时器的电源
D.补偿阻力时，应将悬挂槽码的细绳通过定滑轮拴在小车上
（3）图2 是实验打出纸带的一部分，A、B、C、D、E 是5 个计数点，相邻计数点之间均有4 个点未画出。
已知打点计时器接在频率为
的交流电源上，则小车运动的加速度大小为______
（结果保留两位
有效数字）。
4
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（4）在探究加速度a 与小车质量M 的关系时，保持槽码的质量m 不变，在正确补偿阻力的情况下，由实
验测得a 和
的关系如图3 实线所示。
较大时，图线明显偏离直线的主要原因是______。
A.此时测得的加速度存在较大误差
B.此时测得的小车质量存在较大误差
C.此时小车所受合力与
较小时相比偏小
【参考答案】 ①. BD##DB ②. B ③. 0.69 ④. C
【名师解析】
（1）[1]探究加速度与力和质量的关系实验中，需使用天平测量小车和砂桶的质量，需使用刻度尺测量纸
带上两点间的距离，不需要秒表测量时间，也不需要铁架台。
故选BD。
（2）[2]A．每次释放小车的位置不一定相同，故A 错误；
B．为了减小实验误差，槽码的质量应远小于小车质量，故B 正确；
C．使用打点计时器时，应先接通电源，再释放小车，故C 错误；
D．补偿阻力时，应使小车带上纸带，不应将悬挂槽码的细绳通过定滑轮拴在小车上，故D 错误。
故选B。
（3）[3]打点计时器接在频率为
的交流电源上，相邻计数点之间均有4 个点未画出，两计数点之间时
间为
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由逐差法可得加速度大小为
（4）[4]由
可得
较大时，图线明显偏离直线的主要原因是此时小车所受合力与
较小时相比偏小。
故选C。
4. （2024 浙江金华期末） 在“探究加速度与力、质量的关系”实验中
（1）为了减少实验误差，图甲A、B 两套装置中更为合适的是______（选填“A”或“B”）。
（2）下列是该实验的部分操作步骤：
A.释放小车
B.安装纸带
C.固定打点计时器
D.接通电源
以上步骤的正确操作顺序是______（填步骤前的选项字母）
（3）在实验过程中，得到一条纸带如图乙所示，打点计时器打点的时间问隔为
，选取
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六个计数点，两相邻计数点间有四个打点未标出。从图中读出
的位置
______
；该小车的加速度大小
______
（计算结果保留两位有效数字）。
（4）根据实验收集的数据作出的
图线如图丙所示，结合终甲所示的实验装置，请你计算小车的质量
______
（计算结果保留两位有效数字）。
【参考答案】 （1） ①. B （2） ②. CBDA （3） ③. 1.00 ④. 0.20 （4） ⑤. 0.40
【名师解析】
（1）[1]为减小实验误差，应平衡摩擦力，将木板垫起。
故选B。
（2）[2]根据实验原理可知正确操作应为CBDA。
（3）[3]刻度尺分度值为1mm，读数为1.00cm；
[4]根据逐差法可知加速度为
=0.20
（4）[5]由图可知小车受摩擦力作用，根据牛顿第二定律有
解得
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根据图像的斜率可知
解得
kg
5．（2024 安徽六校教育研究会第二次素养测试）某探究小组利用如图甲所示的实验装置探究加速度与
物体质量的关系。首先平衡小车所受的摩擦力，保持砂和砂桶的质量一定。接通电源，释放小车。多次改
变小车的质量，利用位移传感器测出所有对应的位置x 并描绘x－t 图象。
(1)图乙为小车质量M＝0.4 kg 时位移传感器记录下描绘的x－t 图象。由图象可知，此时小车的加速度a＝
________ m/s2。
(2)该小组根据数据作出了加速度a 的倒数和小车质量M 的图象如图丙，图丙中图线没有过原点，小组讨论
后认为图线确实不应该过原点。请用所学知识分析，图丙中c＝________，利用题中信息求出实验中砂和
砂桶的质量m＝________ kg。(结果保留1 位有效数字，当地重力加速度g＝10 m/s2)
【参考答案】 (1)2 (2)0.1 s2/m 0.1
【名师解析】 (1)释放后小车做初速度为零的匀加速直线运动，x＝(0.74－0.10) m＝0.64 m，t＝(2.2－1.4)
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s＝0.8 s，由x＝at2，可得a＝2 m/s2。
(2)a 和M 的关系反映小车与砂和砂桶的运动，即mg－F′＝ma，F＝Ma，F′＝F，得＝＋M，则c＝＝0.1
s2/m；由题图丙可求斜率＝1 s2·m－1· kg－1，则m＝0.1 kg。
6. （2024 宁夏银川一中第六次月考）某实验小组用气垫导轨探究加速度与力、质量的关系，实验装置如
图甲所示。
（1）该实验中用螺旋测微器测量遮光条的宽度，测量结果如图乙所示，则遮光条的宽度为______mm。
（2）在某次试验中，光电门所在位置对应刻度尺的读数为2.10cm，滑块由静止释放时遮光条所在位置对
应刻度尺的读数为102.10cm，遮光条的遮光时间为
，则本次实验滑块的加速度为______
。
（3）已知钩码的质量为
，滑块以及遮光条的质量为
，重力加速度为
，若牛顿第二定律成立，则拉
力传感器的示数
______（用含
、
、
的代数式表示）。
【参考答案】 ①. 1.680 ②. 2 ③.
【名师解析】
（1）[1]螺旋测微器的精确值为
，由图乙可知遮光条的宽度为
（2）[2]滑块经过光电门时的速度为
根据运动学公式可得
其中
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联立可得本次实验滑块的加速度为
（3）[3]以滑块为对象，根据牛顿第二定律可得
以钩码为对象，根据牛顿第二定律可得
联立可得拉力传感器的示数为
7. （2024 黑龙江哈尔滨重点高中质检）某实验小组用如图所示装置验证牛顿第二定律，水平轨道上安装
两个光电门，两个光电门中心距离为L，小车上的挡光板宽度为d，小车上装有力的传感器，小车和力的传
感器总质量为M，细线一端与力传感器连接，另一端跨过滑轮挂上物块。实验时，保持轨道水平，当物块
质量为m 时，小车恰好匀速运动。
（1）该实验过程中，__________（填“不需要”或“需要”）物块质量远小于车的质量；
（2）某次实验测得小车通过光电门1、2 时，挡光时间分别为t1和t2，计算出小车的加速度a=__________
（3）保持M 不变，改变物块质量，得到多组力的传感器示数F，通过计算求得各组加速度，描出a-F 图像，
下列图像可能正确的是（ ）
A.
B.
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C.
D.
【参考答案】 ①. 不需要 ②.
③. A
【名师解析】
（1）[1]由于实验中已经给出拉力传感器可以直接得到拉力的大小无需满足物块质量远小于车的质量；
（2）[2]通过光电门1 的速度为
通过光电门2 的速度为
根据
可得
（3）[3] 当物块质量为m 时，小车恰好匀速运动可得此时拉力为
此时拉力与阻力大小相等即
改变物块质量根据牛顿第二定律可知
整理为
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根据函数关系可知图像应为直线且在F 轴上有截距，故A 正确。
故选A。
【点睛】本题考查验证牛顿运动定理的创新型实验，要注意绳子拉力与物块重力之间的关系。
8. （2024 河南驻马店期末）学校物理兴趣小组利用如图甲所示的装置验证牛顿第二定律。在水平气垫导
轨上固定一光电门，挡光片通过光电门的时间可由光电计时器（图甲中未画出）测出。质量为
的重物与
质量为
的滑块（含固定在滑块上宽度为d 的挡光片）通过一根跨过定滑轮的轻质细线连接。
（1）实验时，先按住滑块使滑块静止在距光电门一定距离处，再松手，测出滑块通过光电门的时间。若
某次滑块通过光电门的时间为
，则滑块通过光电门时的速度大小为___________（用d、
表示）。
（2）多次改变滑块释放点到光电门的距离
，测出对应的挡光时间，根据得到的数据，以
为纵坐标，
得到一条斜率为
的过原点的直线，如图乙所示，则图乙中的横坐标为___________（填“ ” ”“
”
或“
”），滑块的加速度大小为___________（用d、
表示）。
（3）已知当地的重力加速度大小为___________
，若满足关系式（用
、
、
、d 与
表示），则
牛顿第二定律得到验证。
【参考答案】 （1） ①.
（2） ②.
③.
（3） ④.
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【名师解析】
（1）[1]当滑块通过光电门的时间为
时，滑块通过光电门时的速度大小
（2）[2][3]滑块通过光电门时的速度大小
又
可得
因此题图乙中的横坐标为
，且
解得
（3）[4]对重物和滑块（含挡光片）整体，根据牛顿第二定律有
可得
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