2012高一物理配套课件：4.2、4.3影响加速度的因素 探究加速度与力、质量的定量关系(粤教版必修1).ppt

1 控制变量法保持滑块的质量不变 改变滑块所受的拉力 探究加速度和滑块所受合外力之间的定量关系 2 加速度的计算公式v22 v12 2as3 速度的计算方法滑块通过光电门的时间很短 故速度表达式为 s是挡光片的长度 t为滑块挡光的时间 4 滑块所受拉力F的求法若滑块质量较大 加速度较小 则砝码的重力近似等于拉力F 5 实验数据的处理用纵坐标表示物体的加速度a 用横坐标表示物体所受的合外力F 根据实验数据作出a F图象 确定a与F的关系 1 实验时应使砝码质量远小于小车的质量 2 图线的斜率为小车质量的倒数 典例1 2011 江苏高考 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 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 请根据实验数据作出小车的v t图象 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v t图象简要阐述理由 解题指导 解答本题应注意以下三点 1 实验时应先接通电源再释放小车 2 作图象时需用平滑曲线连接各点 3 利用图象先分析加速度变化 再分析受力情况 标准解答 1 进行本实验时 要求释放小车之前接通打点计时器的电源 2 根据所给数据在坐标系中准确描点连线 图象如图所示 3 由图象可知 速度越大时 其图象斜率越来越小 即加速度越来越小 可知小车受到的合力越小 则小车受到的空气阻力越大 答案 1 之前 2 见标准解答 3 同意 在v t图象中 速度越大时 加速度越小 小车受到的合力越小 则小车受到的空气阻力越大 规律方法 a F图象巧分析在探究加速度与合外力的关系时 通过实验获得多组数据 为了形象直观地分析加速度与合外力的关系 可以作出a F图象 如果a F图象是一条过原点的倾斜直线 则加速度与合外力成正比 实际在探究实验过程中 摩擦力是不可避免的 如果没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不够 则图象横轴有截距 如果平衡摩擦力过度 则图象纵轴有截距 实验中可以用拉绳的重物的重力作为绳拉物块 或小车 的拉力 这样需满足物块 或小车 的质量远大于重物的质量 否则a F图象不再是直线 而向下弯曲 变式训练 2011 汕头高一检测 在 探究加速度与力 质量的关系 这一实验中 有两位同学通过测量 分别作出a F图象 如图a b中的A B线所示 试分析 1 A线不通过坐标原点的原因是 2 B线不通过坐标原点的原因是 解析 1 A线在F轴上有一定的截距 表明F达到一定的值后小车才开始有加速度 这是没有平衡摩擦力 或平衡摩擦力不足引起的 2 B线在a轴上有一定的截距 表明F为0即不加F时小车已经有了一定的加速度 这是平衡摩擦力时木板倾角 太大 即平衡摩擦力过度引起的 答案 1 没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不够 2 平衡摩擦力过度 变式备选 2011 惠州高一检测 某组同学用图所示的实验装置做 探究加速度与力 质量的关系 的实验 1 在探究加速度与力的关系过程中应保持 不变 用砝码和盘的重力作为小车所受外力 利用纸带算出小车的加速度 改变所挂钩码的数量 多次重复测量 进而研究加速度和力的关系 这种研究方法是 2 实验过程中 难以直接得到小车受到的牵引力 所以将砝码和盘的重力近似看做小车受到的牵引力 那么 可以 将砝码和盘的重力近似看做小车受到的牵引力 的条件是 解析 1 实验中采用控制变量法 在探究加速度与力的关系时应保持小车的质量不变 2 为保证让砝码和盘的重力等于小车受到的牵引力 实验中应做到砝码与盘的总质量远小于小车的质量 答案 1 小车的质量控制变量法 2 砝码和盘的总质量远小于小车的质量 1 控制变量法保持滑块受力不变 研究其加速度与质量之间的定量关系 2 质量的改变在滑块上增加 或减少 橡皮泥 使滑块的质量改变 3 实验数据的处理用纵坐标表示物体的加速度 用横坐标表示物体的质量或质量的倒数 由于a m图象为一曲线 不易反映出二者的变化规律 若a与m成反比 则a与成正比 故我们一般作出F不变时的a 关系图象 4 研究图象得出结论 a 图象的斜率即为小车受到的合外力F 典例2 在做 探究加速度与质量的关系 的实验时 计算出各纸带的加速度后 将测得的反映加速度a和质量M关系的有关资料记录在下表中 1 根据表中所列数据 画出 图象 2 由图象可以判定 当F一定时 a与M的关系为 解题指导 该题可按如下思路求解 标准解答 本题主要考查本实验的数据处理问题以及结合图表或图象综合分析问题的能力 1 以a为纵坐标 为横坐标建立坐标系 按表中数据进行描点 作一直线 使直线经过大多数点即可得到图象如图所示 2 由于图线为直线 所以a与M成反比 答案 1 见标准解答 2 反比关系 规律方法 控制变量法 控制变量法 是常用的探究 分析和解决问题的方法之一 应用特别广泛 所谓 控制变量法 就是当影响某一物理量变化的因素较多时 要研究某一个因素的变化对该物理量的影响 必须保持其他因素不变 只改变某一因素观察该物理量变化的方法 如果不控制其他因素 就无法知道该物理量的变化是由哪个因素的变化引起的 在探究物体的加速度与力 质量的关系时就必须采用控制变量法 否则就无法确定加速度与力 质量的定量关系 变式训练 2011 广州高一检测 探究物体的加速度与力 质量的关系实验如下 1 在探究物体的加速度与力的关系时 应保持 不变 改变施加在物体上的水平拉力F 测出相对应的加速度a 2 在探究物体的加速度与物体质量的关系时 应保持 不变 改变物体的质量m 测出相对应的加速度a 3 如果a 图象是通过坐标原点的一条直线 则说明 A 物体的加速度a与其质量m成正比B 物体的加速度a与其质量m成反比C 物体的质量m与其加速度a成正比D 物体的质量m与其加速度a成反比 解析 探究物体的加速度与力 质量的关系时利用控制变量法 1 在探究物体的加速度与力的关系时 应保持质量不变 改变施加在物体上的水平拉力F 测出相对应的加速度a 2 在探究物体的加速度与物体的质量的关系时 应保持力不变 改变物体的质量m 测出相对应的加速度a 3 数据处理时应画出a F和a 图象得出物体的加速度与力 质量的关系 如果a 图象是通过坐标原点的一条直线 则说明物体的加速度a与其质量m成反比 B正确 答案 1 质量 2 力 3 B 典例 在 探究加速度与外力 质量的关系 的实验中 如果测得某一物体M一定时 a与F的关系的有关数据资料如表 1 根据表中数据 画出a F图象 2 由a F图象可以判定 当M一定时 a与F的关系为 解题指导 先描点作图 根据图线形状观察判断a与F的关系是不是成正比 标准解答 1 由实验数据 以加速度a为坐标纵轴 以外力F为坐标横轴 描点作a F图象如图所示 显然 图象是一条过原点的直线 2 由图可知a F图象是一条直线 故可得 在小车质量M一定时 加速度a与外力F成正比关系 对教材实验的迁移能力差导致错误某同学设计了如图所示的装置来探究加速度与力的关系 弹簧测力计固定在一合适的木板上 桌面的右边缘固定一支表面光滑的铅笔以代替定滑轮 细绳的两端分别与弹簧测力计的挂钩和矿泉水瓶连接 在桌面上画出两条平行线MN PQ 并测出间距为d 开始时将木板置于MN处 现缓慢向瓶中加水 直到木板刚刚开始运动为止 记下弹簧测力计的示数F0 以此表示滑动摩擦力的大小 再将木板放回原处并按住 继续向瓶中加水后 记下弹簧测力计的示数F1 然后释放木板 并用秒表记下木板运动到PQ处的时间t 1 木板的加速度可以用d t表示为a 为了减小测量加速度的偶然误差可以采用的方法是 一种即可 2 改变瓶中水的质量重复实验 确定加速度a与弹簧测力计示数F1的关系 下列图象能表示该同学实验结果的是 3 用加水的方法改变拉力的大小与挂钩码的方法相比 它的优点是 a 可以改变滑动摩擦力的大小b 可以更方便地获取多组实验数据c 可以比较精确地测出摩擦力的大小d 可以获得更大的加速度以提高实验精度 正确解答 1 木板在细绳拉力的作用下做初速度为零的匀加速直线运动 由可知 为了减小测量加速度的偶然误差可以采用的方法是保持F1不变 重复实验多次测量d t 求平均值 2 该实验原理与教材实验原理类似 同样需要满足木板的质量M远大于瓶和水的总质量m 此时可认为细绳的拉力T近似等于弹簧测力计示数F1 本实验中没有平衡摩擦力 但通过题意可知受到的摩擦力为F0 木板受到的合外力的大小为 F1 F0 图象反映的是a与F1的关系 而不是a与 F1 F0 的关系 所以图象不过原点 当F1增大时 即瓶和水的总质量m增大时 实验的前提条件不再满足 此时a越大 细绳上的拉力T即弹簧测力计示数F1就越小于瓶和水的重力mg 加速度增加的就越慢 图线向下弯曲 c正确 3 用加水的方法改变拉力的大小与挂钩码的方法相比 它的优点是可以更方便地获取多组实验数据和比较精确地测出摩擦力的大小 b c说法是正确的 两种实验方法都不可以改变滑动摩擦力的大小 a错误 通过 2 中分析可以知道当瓶和水的总质量增大时 实验前提条件便不再满足 此时实验误差变大 d说法错误 正确答案 1 2d t2保持F1不变 重复实验多次测量 求平均值 2 c 3 b c 易错分析 1 在利用打点计时器探究加速度与力 质量关系的实验中 以下做法正确的是 A 平衡摩擦力时 应将重物用细绳通过定滑轮系在小车上B 每次改变小车的质量时 不需要重新平衡摩擦力C 实验时 先放开小车 后接通电源D 重物的质量远小于小车的质量 这一条件如不满足 对探究过程也不会产生影响 解析 选B 平衡摩擦力时 不可把重物用细绳通过定滑轮系在小车上 即不对小车施加拉力 在木板无滑轮的一端下面垫一薄木块 反复移动其位置 直到拖在小车后面的纸带上打出的点间距均匀为止 设木板的倾角为 则平衡摩擦力后有mgsin mgcos 即 arctan 与小车的质量无关 故每次改变小车的质量时 不需要重新平衡摩擦力 A错误 B正确 实验时 应先接通电源 待打点计时器打点稳定后再放开小车 C错误 实验要求重物的质量远小于小车的质量 因为只有这样 重物的重力才近似等于细绳对小车的拉力 D错误 2 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错误的是 A 平衡摩擦力 的本质就是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沿斜面方向的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砝码通过细绳和滑轮对小车施加的拉力D 平衡摩擦力 是否成功 可根据小车拖动的由打点计时器打出的纸带上的点迹间距是否均匀而确定 解析 选A 小车运动过程中受的阻力是永恒存在的 无法使之为零 故A项错误 要使小车匀速下滑 平衡摩擦力即小车重力沿斜面的分力 mgsin 应与摩擦阻力f相平衡 进而小车所受的合力也就等于所挂钩码通过细绳和滑轮对小车施加的拉力 故B C D正确 3 双选 在 探究加速度与力 质量的关系 实验中 关于小车所受的合力 下列叙述中正确的是 A 小车所受合力就是所挂吊盘和砝码的重力B 小车所受合力的大小等于吊盘和砝码通过细绳对小车所施加的拉力C 只有平衡摩擦力后 小车所受合力才等于细绳对小车的拉力D 只有平衡摩擦力后 且小车的质量M远大于吊盘与砝码的总质量时 小车所受合力才可以认为等于吊盘和砝码的重力 解析 选C D 吊盘和砝码的重力不可以说成是小车所受的合力 故选项A错误 由于小车下滑必受摩擦力作用 平衡摩擦力实际是小车重力的下滑分力抵消摩擦力 此时小车所受合力等于细绳的拉力 故选项B错误 选项C正确 因为吊盘与砝码拉动小车共同加速运动 细绳对小车的拉力并不等于吊盘与砝码的重力 可以证明只有当小车质量M远远大于吊盘与砝码质量m时 细绳中的拉力才可以近似等于吊盘与砝码的重力 故选项D正确 4 2011 衡水高一检测 在做 探究加速度和力 质量的关系 的实验中 保持小车和砝码的总质量不变 测得小车的加速度a和拉力F的数据如下表所示 1 根据表中的数据在坐标图上作出a F图象 2 图象斜率的物理意义是 3 小车和砝码的总质量为 kg 4 图线 或延长线 与横轴截距的物理意义是 解析 1 根据所给数据在坐标系中准确描点 作出的a F图象如图所示 2 根据 1 中图象可知 保持小车和砝码的总质量不变 小车的加速度a和拉力F成正比 若保持力F不变 改变小车和砝码的总质量 通过实验探究可知小车的加速度a与小车和砝码的总质量成反比 因此可以判断 1 中图象斜率表示小车和砝码总质量的倒数 3 由 1 中图象可得 解得M 1kg 4 由a F图象可知 当力F 0 1N时 小车开始运动 说明此时小车受到的阻力为0 1N 答案 1 见解析 2 小车和砝码总质量的倒数 3 1 4 小车受到的阻力为0 1N 一 选择题 本题共4小题 每小题5分 共20分 每小题至少一个选项正确 1 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 实验中所用电源为低压直流电源B 可以将装有砝码的小盘用钩码代替 这样会使实验更加方便C 实验结果不作a M图象 而作a 图象 是为了便于根据图象直观地作出判断D 改变小车质量时 要重新平衡摩擦力 解析 选C 打点计时器要用交流电源 A错误 用钩码代替装有砝码的小盘 因钩码质量太大 不能满足小车质量远远大于钩码质量 误差太大 B错误 实验结果作a 图象 更能直观地作出判断 C正确 从本实验平衡摩擦力来看 改变小车质量时 不用重新平衡摩擦力 D错误 2 卡车质量大于小车质量 两车以相同速度行驶 当两车以相同的制动力刹车时 下面说法正确的是 A 两车同时停止B 卡车先停止C 小车先停止D 无法判断 解析 选C 两车制动力相同 卡车的质量大 所以卡车的制动加速度小 由v at可知 卡车停止运动需要的时间长 所以小车先停止 3 在 验证牛顿第二定律 的实验中 以下做法正确的是 A 平衡摩擦力时 应将小桶用细绳通过定滑轮系在小车上B 每次改变小车的质量时 不需要重新平衡摩擦力C 实验时 先放开小车 再接通打点计时器的电源D 求小车运动的加速度时 可用天平测出小桶和沙子的质量 M 和m 以及小车质量M 直接用公式a 求出 解析 选B 平衡摩擦力时 不把悬挂重物用细绳通过定滑轮系在小车上 即不对小车施加拉力 在木板无滑轮的一端下面垫一薄木板 反复移动其位置 直到拖在小车后面的纸带上打出的点距均匀为止 设木板的倾角为 则平衡摩擦力后有mgsin mgcos 即 tan 与小车的质量无关 故每次改变小车的质量时 不需要重新平衡摩擦力 A错误 B正确 实验时 应先接通电源 待打点计时器打点稳定后再放开小车 C错误 实验目的是验证牛顿第二定律 因此不能应用牛顿第二定律求解加速度 D错误 4 双选 如图所示为 探究加速度与力 质量的关系 时甲 乙两同学根据实验数据画出的a F图象 图线 为甲同学画出的 图线 为乙同学画出的 图线 在纵轴或横轴上的截距较大 明显超出了误差范围 下面给出了关于形成这种情况的原因有四种解释 其中可能正确的是 A 实验前甲同学没有平衡摩擦力B 甲同学在平衡摩擦力时 把长木板的末端抬得过高了C 实验前乙同学没有平衡摩擦力D 乙同学在平衡摩擦力时 把长木板的末端抬得过高了 解析 选B C 图线 在纵轴上有较大的截距 说明在绳对小车的拉力F 0 还没有挂小盘 时 小车就有了沿长木板向下的加速度a0 说明平衡摩擦力时长木板倾角过大 直线 在横轴上有较大的截距 说明乙同学在实验前没有平衡摩擦力 因此在绳对小车有了较大的拉力F以后 小车的加速度仍然为零 故选项B C正确 二 非选择题 本题共4小题 共30分 5 6分 在 探究加速度与力 质量的关系 的实验中备有下列器材 A 打点计时器 B 天平 C 秒表 D 低压交流电源 E 电池 F 纸带 G 细绳 砝码 小车 小盘 H 薄木块 I 装有细沙的小桶其中多余的器材是 缺少的器材是 解析 本实验中不需要测时间 秒表多余 电磁打点计时器所用电源为低压交流电源 不用电池 需要用刻度尺测纸带上计数点间的距离 小车运动的平台是一端带滑轮的长木板 答案 C E刻度尺 一端带滑轮的长木板 6 7分 2011 青岛高一检测 在探究加速度与质量 合外力的关系时 需要用打点计时器打下的纸带得到加速度 如图所示是某次实验时得到的一条纸带 从0点开始依照打点的先后依次标为0 1 2 3 4 5 6 现在量得0 1间的距离s1 5 18cm 1 2间的距离s2 4 40cm 2 3间的距离s3 3 62cm 3 4间的距离s4 2 78cm 4 5间的距离s5 2 00cm 5 6间的距离s6 1 22cm 所用交流电源的频率为50Hz 为了减小误差 采用图象法求解加速度 1 根据上面记录 计算打点计时器在打1 2 3 4 5点时的速度并填在表中 2 根据 1 中表格 在图中画出小车的速度图象 并由图象求出加速度 解析 1 打点计时器在打1 2 3 4 5点时的速度分别为 2 描点 连线可得出小车的速度图象如图所示图线的斜率即为加速度 所以 负号说明物体做减速运动 答案 1 1 21 00 80 60 4 2 图象见解析 5m s2 7 8分 2011 南京高一检测 如图所示是某同学探究加速度与力 质量的关系时 已接通电源正要释放纸带时的情况 请你指出该同学的五个差错 1 电源 2 电磁打点计时器位置 3 滑轮位置 4 小车位置 5 长木板 解析 探究加速度与力 质量的关系时 电磁打点计时器应使用低压 6V 交流电源 且要固定在长木板无滑轮的一端 即应靠右端 释放纸带时小车应靠近打点计时器 连接小车的细线应保持水平 故应调节滑轮位置使拉线水平 实验时应平衡摩擦力 使小车所受重力沿斜