高中物理 第四章 第3节 探究物体运动与受力的关系学案 粤教版必修1(1).doc

第四章 力与运动第三节 探究物体运动与受力的关系课前自主预习1加速度与物体的 、 之间有关系，要同时确定它们之间的关系，一般采用 ，即先保持 测量另外两个量之间的关系。2在“探究加速度与物体所受合力的关系”试验中，小车的运动是 ，实验中通过改变 来改变小车所受的合力，加速度的方向与小车 相同。3在“探究物体加速度与物体质量的关系”试验中，设斜面与桌面的夹角为，小车质量为m，忽略小车与斜面的摩擦，小车所受合外力为 ，增大小车的质量，可以通过 来实现保持合外力的大小不变，若小车与斜面之间有摩擦，且摩擦力为f，则小车所受的合外力为 4在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中，下列说法正确的是（ ）a滑块所受的拉力一定等于砝码的重力b要将砝码的重力近似看作滑块所受的拉力，滑块的加速度不应太大c实验中为了尽量减小误差，应使滑块的质量远大于砝码的质量d实验中为了减小误差，应使滑块的加速度尽量大些5对于质量相等的甲、乙两个物体来说，下面哪个说法正确的是 （ ）a乙的加速度大，说明乙受到的合外力大b乙物体的速度比甲物体的大，说明乙物体受到的合外力大c由于乙物体的速度比甲物体的大，所以乙物体的加速度要比甲物体的大，d如果甲、乙两个物体受力方向相同，那么它们的运动方向一定相同【课前自主预习】参考答案：1 受力情况、物体的质量、控制变量法、一个量不变2匀变速直线运动、斜面的倾角、所受合外力的方向3、减小斜面的倾角、4答案：bc，解析：滑块所受的拉力近似等于砝码的重力，但是由于砝码也有加速度，所以绳子的拉力比砝码的重力小一点，a错；要将砝码的重力近似看作滑块所受的拉力，砝码的质量要尽可能小，而且加速度不能太大，故滑块的加速度不应太大，且滑块的质量远大于砝码的质量，b、c正确；d错。5答案：a；解析：根据实验结果，在质量一定的情况下，加速度与合外力成正比，故a正确；速度与外力无因果关系，b错；速度大，加速度不一定大，故c错；两物体受力方向相同，即加速度方向相同，而速度方向不一定相同，故d错。课堂互动探究知识点1 ：探究加速度与力的定量关系新知探究1实验的基本思路：保持物体的质量不变，测量物体在受到不同力时的加速度，分析加速度与力的关系2探究实验装置：如图所示，气垫导轨是一种摩擦力很小的实验装置，它利用从导轨表面小孔喷出的压缩空气，在滑块与导轨之间形成很薄的空气膜，将滑块从导轨面上托起，使滑块与导轨不直接接触，滑块在滑动时只受空气层间的内摩擦力和周围空气的微弱影响，这样就极大地减少了力学实验中难于克服的摩擦力的影响，滑块的运动可以近似看成无摩擦运动，使实验结果的精确度大为提高。光电门(photogate)是一个象门样的装置，一边安装发光装置，一边安装接收装置并与计时装置连接。当物体通过光电门时光被挡住，计时器开始计时，当物体离开时停止计时，这样就可以根据物体大小与运动时间计算物体运动的速度；若计时装置具备运算功能，使用随机配置的挡光片（宽度一定），可以直接测量物体的瞬时速度。用挡光板的宽度d除以挡光的时间间隔t即可得到滑块通过光电门的速度，即。图4-3-2图4-3-13实验与探究过程 让滑块在砝码拉力作用下做加速运动，记录下滑块通过光电门的速度、砝码的质量m、两光电门间的距离s。 保持滑块质量不变，增加（或减少）砝码的数量来改变拉力的大小，砝码的重力近似等于滑块所受的拉力，重复实验5次。 用公式_计算出滑块的加速度 数据分析：设计实验表格，将滑块质量不变时的实验数据记入表格并作出af关系图象。下表是某同学的测量数据，请计算滑块所受拉力大小的近似值f和滑块加速度的计算值a，并填入表格中（小数点后保留二位有效数据，g取10 ms-2）。实验次数砝码盘和砝码的质量m/g滑块所受拉力大小的近似值f/n滑块通过光电门1的速度v1/(ms-1)滑块通过光电门2的速度v2/(ms-1)两光电门间的距离s/m滑块加速度的计算值a/(ms-2)1500.3870.8061.021000.5481.1401.031500.6711.3961.042000.7751.6121.052500.8661.8031.0图4-3-3a/ms-2f/n在上面坐标图中的坐标中轴上表上适当的刻度，并把上表的数据在坐标图中描点，并把各点用平滑的曲线连起来。结论：利用实验数据作出af关系图象得到：当质量一定的时候，af关系图象是过原点的 ，说明了在滑块质量不变时，加速度a与合力f成 。答案： 实验次数砝码盘和砝码的质量m/g滑块所受拉力大小的近似值f/n滑块通过光电门1的速度v1/(ms-1)滑块通过光电门2的速度v2/(ms-1)两光电门间的距离s/m滑块加速度的计算值a/(ms-2)1500.500.3870.8061.00.2521001.000.5481.1401.00.5031501.500.6711.3961.00.7542002.000.7751.6121.01.0052502.500.8661.8031.01.25 一条直线 正比重点归纳1砝码受到的重力不等于滑块受到的拉力。通过对砝码进行受力分析可知，如果两者相等，砝码所受的合力将为零，下落过程应该是匀速直线运动，这显然与事实不符。加速度越大，即砝码的合力越大，砝码所受拉力与重力相差越大。要将砝码的重力近似看作是滑块所受的拉力，实验过程中物体的加速度应较小，即砝码的质量应远小于滑块的质量。3结论：保持物体的质量不变，物体加速度与所受的合外力成正比。例1在质量一定，研究加速度与力的关系时，某同学根据精确的测量，记录数据如下表：f/n0.200.300.400.500.60a/ms20.100.200.280.400.52图4-3-4（1）根据表中的数据在所示坐标系中作出af图象 （2）图象斜率的物理意义是_（3）图线不过原点的原因可能是_答图4-3-2答案：（1）作出的af图象如答图4-3-2所示 （2）质量的倒数1/m（3）未平衡摩擦力或平衡摩擦力不够完全；由af图象可知，当力fm时，才可以认为绳对小车的拉力大小等于盘中砝码的重力（2）因由实验画的a-m图象是一条曲线，难以判定它所对应的函数式，从而难以确定a与m的定量关系所以在实验中应作图象而不是a-m图象来分析实验结果（3）图（a）甲同学根据测量数据作出的a-f图线没有过原点，图象交于f轴上一点，说明没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不够（4）乙、丙同学用同一装置做实验，画出了各自得到的a-f图线，两图象的斜率不同，说明两个同学做实验时的小车及车上砝码的总质量不同答案：（1）mm （2）（3）没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不够（4）两小车及车上的砝码的总质量不同触类旁通3某学习小组的同学在用打点计时器探究物体的加速度与物体的质量之间的关系实验中，不改变拉力，只改变物体的质量，得到了如下表所示的几组数据，其中第3组数据还未算出加速度，但对应该组已打出了纸带，如图3-4-11（长度单位：cm），图中各点为每5个打点选出的计数点（两计数点间还有4个打点未标出）实验次数123456小车质量（g）200300400500600700小车加速度（m/s2）2.001.330.790.670.40小车质量的倒数（kg-1）5.003.332.502.001.671.00图4-3-12图4-3-11（1）请由纸带上的数据，计算出缺少的加速度值并填入表中（小数点后保留两位数）（2）请在图3-4-12中建立合适的坐标，将表中各组数据用小黑点描在坐标纸上，并作出平滑的图线（3）由图象得出的结论是：_解析：物体的加速度可以由纸带利用逐差法求得为了便于研究a与m之间的关系，可以作出图象，图象为直线说明物体在拉力一定时加速度与质量成反比（1）a的计算利用逐差法答图4-3-5（2）描点绘图，如答图4-3-5所示（3）由图象知图象是一条直线，即在拉力一定时，物体的加速度与质量成反比答案：（1）0.99（2）如图4-4-6所示（3）在拉力一定时，物体的加速度与质量成反比（与质量的倒数成正比）例4 某同学设计了一个探究加速度a与物体所受合力f及质量m关系的实验，如图4313所示，图甲为实验装置简图(交流电的频率为50 hz)图4-3-13(1)图4313乙为某次实验得到的纸带，根据纸带可求出小车的加速度大小为_m/s2(保留两位有效数字)(2)保持砂和沙桶质量不变，改变小车质量m，分别得到小车加速度a与质量m及对应的，数据如下表：图4-3-14请在如图4314甲所示的方格坐标纸中画出a图线，并依据图线求出小车加速度a与质量倒数之间的关系式是_(3)保持小车质量不变，改变砂和沙桶质量，该同学根据实验数据作出了加速度a随合力f的变化图线，如图4314乙所示该图线不通过原点，请你分析其主要原因是_解析：(1)在连续相等的时间间隔内，从纸带上可得到四段位移的大小，可以选用逐差法计算加速度由纸带上的数据可知：x16.19 cm，x26.70 cm，x37.21 cm，x47.72 cm.电火花计时器的打点周期为：t s0.02 s，用逐差法计算加速度为a13.19m/s2，a23.19 m/s2，所以a(a1a2)3.19 m/s2.答图4-3-6(2)根据题目提供的小车加速度a与质量m对应的倒数的有关数据，可在坐标纸中描出8个对应点，用一条直线“连接”各点，使尽量多的点落在直线上，不在直线上的点大致均匀分布在直线的两侧，得到的a图线如答图436所示，由图可得a.(3)由图可分析，当加速度a为零时，此时的拉力f并不为零，说明实验前没有平衡摩擦力或者平衡摩擦力不充分如题图4313甲中，木板右端应该适当垫高答案： (1)3.19(2)a(3)实验前没有平衡摩擦力或者平衡摩擦力不充分说明：(1)利用纸带求小车的加速度时，一般用逐差法(2)用图像分析a与m的关系时，横轴应用小车质量的倒数，这样图像为一过原点的直线(3)如果忘记平衡摩擦力，或木板倾角过大，af图像均不过原点触类旁通4为了探究受到空气阻力时，物体运动速度随时间的变化规律，某同学采用了“加速度与物体质量、物体受力关系”的实验装置(如图4-3-15所示)实验时，平衡小车与木板之间的摩擦力后，在小车上安装一薄板，以增大空气对小车运动的阻力图4-3-15(1)往砝码盘中加入一小砝码，在释放小车_(选填“之前”或“之后”)接通打点计时器的电源，在纸带上打出一系列的点(2)从纸带上选取若干计数点进行测量，得出各计数点的时间t与速度v的数据如下表：时间t/s00.501.001.502.002.50速度v/ms10.120.190.230.260.280.29请根据实验数据作出小车的vt图像图4-3-16(3)通过对实验结果的分析，该同学认为：随着运动速度的增加，小车所受的空气阻力将变大你是否同意他的观点？请根据vt图像简要阐述理由解析：本题主要考查基本仪器的使用和实验数据的处理，意在考查考生的探究能力和运用图像法处理数据的能力(1)打点计时器的使用是先接通电源，再松开纸带，所以应在释放小车之前接通打点计时器(2)根据t轴上的比例标度取每一大格为0.5 s；根据速度v的数据，v轴上的比例标度取每一大格为0.05 m/s；然后描点、光滑连线，得到一条斜率越来越小的曲线(3)因为斜率表示小车加速度的大小，斜率越来越小，说明小车的加速度越来越小，根据牛顿第二定律得出小车所受的阻力越来越大，因此同意该同学的观点答图4-3-7答案：(1)之前(2)(见下图)(3)同意在vt图像中，速度越大时，加速度越小，小车受到的合力越小，则小车受空气阻力越大随堂练习1（单选）物体所受的合外力逐渐减少，则下面说法不正确的是（ ）a物体的速度一定逐渐减少 b物体的速度可能逐渐增大 c物体的速度可能减少 d物体的加速度一定逐渐减少解析：加速度与合外力成正比，合外力减小，加速度一定减小，d正确；加速度方向可能与速度方向同向或反向，所以速度可能增大也可能减小，b、c正确。答案：a2（单选）在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中，下列做法和理由正确的是()a实验中所用电源为低压直流电源b可以将装有砂子的小桶代替钩码，这样会使实验更加方便c实验结果不用am图像，而用a图像，是为了便于根据图像直观地作出判断d改变小车质量时，要重新平衡摩擦力解析：打点计时器要用交流电源；用沙桶代替钩码，是因为可以连续改变拉力的大小，但并不是由于更加方便；从本实验中平衡摩擦力来看，改变小车质量时，并不用重新平衡摩擦力故c正确答案：c3如图4-3-17所示，是某次利用气垫导轨探究加速度与力、质量关系的实验装置安装完毕后的示意图，图中a为沙桶和砂，b为定滑轮，c为滑块及上面添加的砝码，d为纸带，e为电火花计时器，f为蓄电池，电压为6 v，g是电键，请指出图中的三处错误：图4-3-17(1)_；(2)_；(3)_解析：(1)由定滑轮b接滑块的细线应水平(或与导轨平行)；(2)c滑块离计时器太远；(3)e电火花计时器用的是220 v的交流电，不能接直流电图4-3-18答案：见解析4用如图4-3-18所示的装置探究在作用力f一定时，小车的加速度a与小车质量m的关系某位同学设计的实验步骤如下：a用天平称出小车和小桶及内部所装砂子的质量； b按图装好实验器材；c把轻绳系在小车上并绕过定滑轮悬挂砂桶；d将电磁打点计时器接在6 v电压的蓄电池上，接通电源，放开小车，打点计时器在纸带上打下一系列点，并在纸带上标明小车质量；e保持小桶及其中砂子的质量不变，增加小车上的砝码个数，并记录每次增加后的m值，重复上述实验；f分析每条纸带，测量并计算出加速度的值；g作am关系图像，并由图像确定am关系(1)该同学漏掉的重要实验步骤是_，该步骤应排在_步实验之后(2)在上述步骤中，有错误的是_，应把_改为_(3)在上述步骤中，处理不恰当的是_，应把_改为_解析：实验中把小桶及其中砂子的重力看作与小车所受拉力大小相等，没有考虑摩擦力，故必须平衡摩擦力电磁打点计时器接在6 v电压的蓄电池上将无法工作，必须接在6 v以下交流电压的学生电源上，作am关系图像得到的是双曲线，很难作出正确的判断，必须“化曲为直”，改作a关系图像答案：(1)平衡摩擦力b(2)d6 v电压的蓄电池6 v以下交流电压的学生电源(3)gam关系图像a关系图像课后巩固与提升一单项选择题(本题共4小题，在每小题给出的四个选项中，只有一个选项符合题目要求)1在研究加速度与物体的受力、质量之间的关系的试验中，符合实际的是（ ）a同时改变小车的质量m及受到的拉力f，得出加速度、力、质量三者的关系b保持小车的质量不变，只改变小车拉力，就得出加速度、力、质量三者间的关系c保持小车的受力不变，只改变小车质量，就得出加速度、力、质量三者间的关系d先保持小车质量不变，研究加速度与力的关系；再保持力不变，研究加速度与质量的关系；最后得到加速度、力、质量三者间的关系解析：研究加速度与物体的受力、质量之间的关系的试验中，采取的是控制变量法，即先保持一个质量不变，研究加速度与合外力的关系；再保持合外力力不变，研究加速度与质量的关系。答案：d2（单选）为了更直观地反映物体的加速度a与物体质量m的关系，往往用两者的关系图像表示出来，该关系图像应选用（ ）aa-m图像 bm-a图像 ca-图像 da图像解析：在作用力相同的情况下，质量越大，速度变化越慢（加速度越小），两者可能成反比，则用a-图像更容易判断。答案：c3(单选)如果物体的a图象为通过原点的一条直线，则说明()a物体的加速度a与质量m成正比b物体的加速度a与质量m成反比c物体的质量m与加速度a成反比d物体的质量m与加速度a成正比解析：a为过原点的直线，则a与成正比，即a与m与反比，a错，b对；物体的质量是由物体本身决定的，c、d错。答案：b4一物体在几个力的作用下处于平衡状态，若使其中一个向东的力逐渐减小，直至为零，则在此过程中物体的加速度()a方向一定向东，且逐渐增大b方向一定向西，且逐渐增大c方向一定向西，且逐渐减小d方向一定向东，且逐渐减小解析：物体加速度的方向一定和物体所受合外力的方向一致，对于确定的物体，其加速度的大小取决于物体所受合外力的大小，物体加速度的变化情况，也取决于合外力的变化情况，因此，本题关键是要搞清合外力的方向与大小变化的情况由于初始物体处于平衡状态，因此物体所受其他几个力的合力，一定和向东的力大小相等、方向相反，所以，向东的力逐渐减小时，其他所有力的合力一定向西，物体加速度的方向也一定向西，且物体运动的加速度逐渐增大，故选b.答案：b二双项选择题(本题共5小题，在每小题给出的四个选项中，均有两个选项符合题目要求)5在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中，关于平衡摩擦力的说法中正确的()a“平衡摩擦力”的本质就是想法让小车受到的摩擦力为零b“平衡摩擦力”的本质就是使小车所受的重力的下滑分力与所受到的摩擦阻力相平衡c“平衡摩擦力”的目的就是要使小车所受的合力等于所挂钩码通过细绳对小车施加的拉力d“平衡摩擦力”时应在钩码通过细绳和滑轮而拉动小车运动过程中进行调整解析：在小车的运动过程中受到的摩擦阻力是永恒存在、无法使之为零的，故a选项错误平衡摩擦力的实质就是让小车轨道具有合适的倾角而成为一个斜面，从而使小车所受的重力的下滑分力“mgsin”与摩擦阻力ff相平衡，进而使小车所受的合力就等于所挂的钩码通过细绳和滑轮对小车施加的拉力，故b、c两选项正确平衡摩擦力时必须在不挂钩码时，让小车拖动纸带自由运动时进行调整(即调整轨道斜面倾角)，直至所打出的纸带上的点迹间距均匀分布为止故d选项错误答案：bc6在光滑的水平面上做直线运动的物体，当它所受的合外力逐渐减小而方向不变时，物体的()a加速度越来越大，速度越来越大b加速度越来越小，速度越来越小c加速度越来越大，速度越来越小d加速度越来越小，速度越来越大解析：加速度与合外力成正比，合外力减小，加速度一定减小，a、c错；物体原来可能在加速或减速，即加速度方向可能与速度方向同向或反向，所以速度可能增大也可能减小，b、d对。答案：bd7在用实验探究加速度和力、质量的关系时，下列关于实验的思路和数据分析，正确的是()a实验的基本思想是：保持物体的加速度不变，测量质量不同的物体所受的合外力，分析质量与力的关系b实验的基本思想是：保持物体所受的力相同，测量质量不同的物体在该力作用下的加速度，分析加速度与质量的关系c在处理实验数据时，以a为纵坐标，f为横坐标，根据数据在坐标系中描点，若这些点在一条过原点的直线上，说明a与f成正比d在处理实验数据时，以a为纵坐标，m为横坐标，根据数据在坐标系中描点，若这些点在一条过原点的直线上，说明a与m成正比解析：保持物体的质量不变，探究加速度与力的关系，a与f成正比，a错，c对；保持物体受力相同，探究加速度与质量的关系，a与m成反比，b对，d错；答案：bc8在利用打点计时器和小车做探究加速度与力、质量的关系的实验时，下列说法中正确的是()a平衡摩擦力时，应将砝码盘通过定滑轮拴在小车上b连接砝码盘和小车的细绳应跟长木板保持平行c平衡摩擦力后，长木板的位置可以移动d小车释放前应靠近打点计时器，且应先接电源再释放小车解析：平衡摩擦力时，不能把砝码盘通过定滑轮拴在小车上，应该让小车自己连着纸带，在木板上大致做匀速运动时即满足要求答案：bd9如图4319所示是某些同学根据实验数据画出的图像，下列说法中正确的是()图4-3-19a形成图甲的原因是平衡摩擦力时长木板倾角过大b形成图乙的原因是平衡摩擦力时长木板倾角过小c形成图丙的原因是平衡摩擦力时长木板倾角过大d形成图丁的原因是平衡摩擦力时长木板倾角过小解析：图甲：当f0时，小车就有了加速度，可见是长木板倾角过大图乙：当0时，小车质量很大，这时一开始小车的加速度不为零，说明使小车下滑的力已大于最大静摩擦力，也是长木板倾角过大同理图丙、丁都是因为长木板倾角过小，故a、d正确答案：ad三非选择题（根据题目要求作答）10某同学做“探究加速度与力、加速度与质量的关系”的实验时，画出了a-f的三条斜率不同的直线，这三条直线表示实验中的 不同。解析：af图像中，斜率的倒数就是质量，所以斜率不同也即质量不同。答案：质量11现在要验证“当质量一定时，物体的加速度与它所受到的合外力成正比”这一物理规律。给定的器材如下：一个倾角可以调节的长斜面、小车、计时器、毫米刻度尺。（1）填入适当的公式或文字，完善一下实验步骤（不考虑摩擦力的影响）：a小车自斜面上方一固定点从静止开始下滑至下面低端，记录下所用时间t。b用毫米刻度尺测量出下滑的距离x，则小车的加速度a= 。c用毫米刻度尺测量出下滑的高度差h。设小车所受