2011高考物理 加速度与力讲义 新人教版

用心 爱心 专心1 20112011 高考物理高考物理 加速度与力讲义加速度与力讲义 新人教版新人教版 实验原理实验原理 1 保持研究对象即 保持研究对象即小车的质量不变 改变砂桶内砂的质量 即改变牵引力测出小车的对应加速度 用图象法验证加速度是否正比于作用力 小车的质量不变 改变砂桶内砂的质量 即改变牵引力测出小车的对应加速度 用图象法验证加速度是否正比于作用力 2 保持砂桶内砂的质量不变 改变研究对象的质量 即往小车内加砝码 用电磁打点计时器测出小车的对应加速度 用图象法验证加速度是否反比于质量 保持砂桶内砂的质量不变 改变研究对象的质量 即往小车内加砝码 用电磁打点计时器测出小车的对应加速度 用图象法验证加速度是否反比于质量 实验器材实验器材 附有定滑轮的长木板 薄木板 小车 细线 小桶及砂 打点计时器 低压交流电源 导线 天平附有定滑轮的长木板 薄木板 小车 细线 小桶及砂 打点计时器 低压交流电源 导线 天平 带一套砝码带一套砝码 砝码 毫米刻度尺 纸带及复写纸等 砝码 毫米刻度尺 纸带及复写纸等 实验步骤实验步骤 1 用天平测出小车和小桶的质量 用天平测出小车和小桶的质量 M 和和 M 并把数值记录下来 并把数值记录下来 2 按图所示 安装实验器材 只是不把悬挂小桶用的细绳系在车上 即不给小车施加牵引力 按图所示 安装实验器材 只是不把悬挂小桶用的细绳系在车上 即不给小车施加牵引力 3 平衡摩擦力 在长木板的不带定滑轮的一端下面垫薄木板并反复移动其位置 直到在打点计时器正常工作后 小车在斜面上运动时可以保持匀速直线运动 平衡摩擦力 在长木板的不带定滑轮的一端下面垫薄木板并反复移动其位置 直到在打点计时器正常工作后 小车在斜面上运动时可以保持匀速直线运动 状态为止 状态为止 4 记录小车内所加砝码的质量 称好砂子后将砂倒入小桶 把细绳系在小车上并绕过滑轮悬挂小桶 此时要调整定滑轮的高度使绳与木板平行 接通电源 记录小车内所加砝码的质量 称好砂子后将砂倒入小桶 把细绳系在小车上并绕过滑轮悬挂小桶 此时要调整定滑轮的高度使绳与木板平行 接通电源 放开小车 待打点计时器在纸带上打好点后取下纸带并作好标记 放开小车 待打点计时器在纸带上打好点后取下纸带并作好标记 用心 爱心 专心2 5 保持小车总质量不变 改变砂的质量 保持小车总质量不变 改变砂的质量 均要用天平称量均要用天平称量 按步骤 按步骤 4 中方法打好纸带并作好标记 中方法打好纸带并作好标记 6 在每条纸带上都选取一段比较理想的部分 算出加速度的值 在每条纸带上都选取一段比较理想的部分 算出加速度的值 7 用纵坐标表示加速度 横坐标表示作用力 用纵坐标表示加速度 横坐标表示作用力 即砂和桶的总重力即砂和桶的总重力 根据实验结果描出相应的点 如这些点在一条直线上 便证明了加速度与作用力成正比 根据实验结果描出相应的点 如这些点在一条直线上 便证明了加速度与作用力成正比 8 保持砂和桶的质量不变 在小车上加放砝码 保持砂和桶的质量不变 在小车上加放砝码 也需记录好也需记录好 重复上面的实验步骤 求出相应的加速度 用纵坐标表示加速度 重复上面的实验步骤 求出相应的加速度 用纵坐标表示加速度 a 横坐标表示质量的倒数 横坐标表示质量的倒数 根据实验 根据实验结果描出相应的点 如果这些点在一条直线上 就证明了加速度与质量成反比 结果描出相应的点 如果这些点在一条直线上 就证明了加速度与质量成反比 注意事项注意事项 1 实验步骤 实验步骤 2 3 不需重复 即整个实验平衡了摩擦力后 不管以后是改变砂和砂桶的质量还是改变小车及砝码的质量 都不需要重新平衡摩擦力 平衡摩不需重复 即整个实验平衡了摩擦力后 不管以后是改变砂和砂桶的质量还是改变小车及砝码的质量 都不需要重新平衡摩擦力 平衡摩 擦力是指小车所受动力擦力是指小车所受动力 重力沿斜面分力重力沿斜面分力 与小车所受阻力与小车所受阻力 包括小车所受摩擦力和打点计时器对小车后所拖纸带的摩擦力包括小车所受摩擦力和打点计时器对小车后所拖纸带的摩擦力 大小相等 实验中 应在小车后拖上大小相等 实验中 应在小车后拖上 纸带 先接通电源 再用手给小车一个初速度 若在纸带上打出的点的间隔基本上均匀 才表明平衡了摩擦力 否则必须重新调整薄木板的位置 纸带 先接通电源 再用手给小车一个初速度 若在纸带上打出的点的间隔基本上均匀 才表明平衡了摩擦力 否则必须重新调整薄木板的位置 2 平衡摩擦力后 每条纸带必须满足在小车上所加砝码的质量远大于砂和砂桶的总质量的条件下进行 只有如此 砂和砂桶的总重力才可视为小车所受的拉 平衡摩擦力后 每条纸带必须满足在小车上所加砝码的质量远大于砂和砂桶的总质量的条件下进行 只有如此 砂和砂桶的总重力才可视为小车所受的拉 力 力 3 改变拉力和小车质量后 每次开始时小车应尽量靠近打点计时器 改变拉力和小车质量后 每次开始时小车应尽量靠近打点计时器 或尽量远离带滑轮的一端或尽量远离带滑轮的一端 并应先接通电源 再放开小车 且在小车到达滑轮前应按住 并应先接通电源 再放开小车 且在小车到达滑轮前应按住 小车 小车 4 各纸带上的加速度 各纸带上的加速度 a 都应是该纸带上的平均加速度 都应是该纸带上的平均加速度 5 作图象时 要使尽可能多的点在所作直线上 不在直线上的点应尽可能对称分布在所作直线两侧 作图象时 要使尽可能多的点在所作直线上 不在直线上的点应尽可能对称分布在所作直线两侧 误差分析误差分析 1 因实验原理不完善引起的误差 本实验用砂和砂桶的总重力 因实验原理不完善引起的误差 本实验用砂和砂桶的总重力 m M g 代替小车的拉力 而实际小车所受的拉力要小于砂和砂桶的总重力 砂和砂桶代替小车的拉力 而实际小车所受的拉力要小于砂和砂桶的总重力 砂和砂桶 的总质量越接近小车和砝码的总质量 误差越大 砂和砂桶的总质量越小于小车和砝码的总质量 由此引起的误差就越小 因此 满足砂和砂桶的总质量的总质量越接近小车和砝码的总质量 误差越大 砂和砂桶的总质量越小于小车和砝码的总质量 由此引起的误差就越小 因此 满足砂和砂桶的总质量 m 远小于小车和砝码的总质量远小于小车和砝码的总质量 M 的目的就是为了减小因实验原理不完善而引起的误差 此误差可因的目的就是为了减小因实验原理不完善而引起的误差 此误差可因 m M 而减小 但不可能消去此而减小 但不可能消去此误误差 差 证证明如下 明如下 小车和砂小车和砂 桶的受力情况如图所示 桶的受力情况如图所示 对小车 对小车 F Ma 对砂桶 对砂桶 mg F ma 可见当可见当 M m 时 时 F mg 用心 爱心 专心3 2 摩擦力平衡不准确 质量测量不准 记数点间距测量不准 纸带拉线不严格 摩擦力平衡不准确 质量测量不准 记数点间距测量不准 纸带拉线不严格与木板平行也是引起误差的原因 与木板平行也是引起误差的原因 命题规律命题规律 根据实验数据利用图象法处理 会作图象 会根据图象建立加速度 质量 外力的关系 根据实验数据利用图象法处理 会作图象 会根据图象建立加速度 质量 外力的关系 用心 爱心 专心4 考例考例 1 2009 江苏江苏 探究加速度与物体质量 物体受力的关系探究加速度与物体质量 物体受力的关系 的实验装置如图甲所示 的实验装置如图甲所示 1 在平衡小车与桌面之间摩擦力的过程中 打出了一条纸带如图乙所示 计时器打点的时间间隔为在平衡小车与桌面之间摩擦力的过程中 打出了一条纸带如图乙所示 计时器打点的时间间隔为 0 02s 从比较清晰的点起 每从比较清晰的点起 每 5 个点取一个计数点 量出个点取一个计数点 量出 相邻计数点之间的距离 该小车的加速度相邻计数点之间的距离 该小车的加速度 a m s2 结果保留两位有效数字结果保留两位有效数字 2 平衡摩擦力后 将平衡摩擦力后 将 5 个相同的砝码都放在小车上 挂上砝码盘 然后每次从小车上取一个砝码添加到砝码盘中 测量小车的加速度 小车的加速度个相同的砝码都放在小车上 挂上砝码盘 然后每次从小车上取一个砝码添加到砝码盘中 测量小车的加速度 小车的加速度 a 与砝与砝 码盘中砝码总重力码盘中砝码总重力 F 的实验数据如下表 的实验数据如下表 请根据实验数据作出请根据实验数据作出 a F 的关系图象 的关系图象 砝码盘中砝码砝码盘中砝码 总重力总重力 F N 0 1960 3920 5880 7840 980 用心 爱心 专心5 加速度加速度 a m s 2 0 691 181 662 182 70 3 根据提供的实验数据作出的根据提供的实验数据作出的 a F 图线不通过原点 请说明主要原因 图线不通过原点 请说明主要原因 解析解析 1 由题意知由题意知 t 0 1s s 3 68 3 52 10 2m 根据 根据 s at2 得 得 a 0 16m s2 2 根据图中数据 合理地设计横纵坐标的刻度值 使图线的倾斜程根据图中数据 合理地设计横纵坐标的刻度值 使图线的倾斜程 度不至于太大 也不至于太小 度不至于太大 也不至于太小 45 左右为宜 由此确定左右为宜 由此确定 G 的范围从的范围从 0 设置到设置到 1N 较合适 而较合适 而 a 则从则从 0 到到 3m s2较合适 较合适 3 与纵坐标相交而不过原点 说明与纵坐标相交而不过原点 说明 用心 爱心 专心6 当不挂砝当不挂砝码时 小车仍有加速度 即未计入砝码盘的重力 码时 小车仍有加速度 即未计入砝码盘的重力 答案答案 1 0 16 0 15 也算对也算对 2 见下图 见下图 3 未计入砝码盘的重力 未计入砝码盘的重力 如图所示的实验装置可以探究加速度与力 质量的关系 小车上固定一个盒子 盒内盛沙子 沙桶的总质量如图所示的实验装置可以探究加速度与力 质量的关系 小车上固定一个盒子 盒内盛沙子 沙桶的总质量 包括桶以及桶内沙子质量包括桶以及桶内沙子质量 记为记为 m 小车的总质 小车的总质 量量 包括车 盒子及盒内沙子质量包括车 盒子及盒内沙子质量 记为记为 M 1 验证在质量不变的情况下 加速度与合外力成正比 从盒子中取出一些沙子 装入沙桶中 称量并记录沙桶的总重力验证在质量不变的情况下 加速度与合外力成正比 从盒子中取出一些沙子 装入沙桶中 称量并记录沙桶的总重力 mg 将该力视为合外力将该力视为合外力 F 对应的加 对应的加 用心 爱心 专心7 速度速度 a 则从打下的纸带中计算得出 多次改变合外力则从打下的纸带中计算得出 多次改变合外力 F 的大小 每次都会得到一个相应的加速度 本次实验中 桶内的沙子取自小车中 故系统的总质量不的大小 每次都会得到一个相应的加速度 本次实验中 桶内的沙子取自小车中 故系统的总质量不 变 以合外力变 以合外力 F 为横轴 以加速度为横轴 以加速度 a 为纵轴 画出为纵轴 画出 a F 图象 图象是一条过原点的直线 图象 图象是一条过原点的直线 a F 图象斜率的物理意义是图象斜率的物理意义是 你认为把沙桶的总重力你认为把沙桶的总重力 mg 当作合外力当作合外力 F 是否合理 是否合理 答 答 填填 合理合理 或或 不合理不合理 本次实验中 是否应该满足本次实验中 是否应该满足 M m 这样的条件 这样的条件 答 答 填填 是是 或或 否否 理由是 理由是 2 验证在合外力不变的情况下 加速度与质量成反比 保持桶内沙子质量验证在合外力不变的情况下 加速度与质量成反比 保持桶内沙子质量 m 不变 在盒子内添加或去掉一些沙子 验证加速度与质量的关系 本次实验中 不变 在盒子内添加或去掉一些沙子 验证加速度与质量的关系 本次实验中 桶内的沙子总质量不变 故系统所受的合外力不变 桶内的沙子总质量不变 故系统所受的合外力不变 用图象法处理数据时 以加速度用图象法处理数据时 以加速度 a 为纵轴 应该以为纵轴 应该以 倒数为横轴 倒数为横轴 解析解析 1 将车内的沙子转移到桶中 就保证了将车内的沙子转移到桶中 就保证了 M m 不变 即系统的总质量不变 研究对象是整个系统 不变 即系统的总质量不变 研究对象是整个系统 可见可见 a F 图象斜率的物理意义是图象斜率的物理意义是 系统的合外力就等于所悬挂沙桶的重力 系统的合外力就等于所悬挂沙桶的重力 mg 不必满足 不必满足 M m 这样的条件 这样的条件 2 向小车内添加或去掉部分沙子是改变系统的总质量向小车内添加或去掉部分沙子是改变系统的总质量 M m 而系统的合外力仍等于所悬挂沙桶的重力 而系统的合外力仍等于所悬挂沙桶的重力 mg 保证了合外力不变 保证了合外力不变 答案答案 1 合理合理 否否 因为实验的研究对象是整个系统 系统受到的合外力就等于因为实验的研究对象是整个系统 系统受到的合外力就等于 mg 2 M m 用心 爱心 专心8 命题规律命题规律 根据实验原理对实验进行创新 考查迁根据实验原理对实验进行创新 考查迁移能力 灵活运用所学知识的能力 移能力 灵活运用所学知识的能力 考例考例 2 如图甲 质量为如图甲 质量为 M 的滑块的滑块 A 放在气垫导轨放在气垫导轨 B 上 上 C 为位移传感器 它能将滑块为位移传感器 它能将滑块 A 到传感器到传感器 C 的距离数据实时传送到计算机上 经计算机处理后在的距离数据实时传送到计算机上 经计算机处理后在 屏幕上显示滑块屏幕上显示滑块 A 的位移的位移 时间时间 x t 图象和速率图象和速率 时间时间 v t 图象 整个装置置于高度可调节的斜面上 斜面的长度为图象 整个装置置于高度可调节的斜面上 斜面的长度为 l 高度为 高度为 h 取重力加速度取重力加速度 g 9 8m s2 结果可保留一位有效数字 结果可保留一位有效数字 用心 爱心 专心9 1 现给滑块现给滑块 A 一沿气垫导轨向上的初速度 一沿气垫导轨向上的初速度 A 的的 v t 图线如图乙所示 从图线可得滑块图线如图乙所示 从图线可得滑块 A 下滑时的加速度下滑时的加速度 a m s2 摩擦力对滑块 摩擦力对滑块 A 运动的影响运动的影响 填填 明显 不可忽略明显 不可忽略 或或 不明显 可忽略不明显 可忽略 用心 爱心 专心10 2 此装置还可用来验证牛顿第二定律 实验是通过改变此装置还可用来验证牛顿第二定律 实验是通过改变 可验证质量一定时 加速度与力成正比的关系 通过改变 可验证质量一定时 加速度与力成正比的关系 通过改变 可验证力一定时 加 可验证力一定时 加 速度与质量成反比的关系 速度与质量成反比的关系 3 将气垫导轨换成滑板 滑块将气垫导轨换成滑板 滑块 A 换成滑块换成滑块 A 给滑块 给滑块 A 一沿一沿滑板向上的初速度 滑板向上的初速度 A 的的 x t 图线如图丙 图线不对称是由于图线如图丙 图线不对称是由于 造成的 通过图线造成的 通过图线 可求得滑板的倾角可求得滑板的倾角 用反三角函数表示用反三角函数表示 滑块与滑板间 滑块与滑板间的动摩擦因数的动摩擦因数 用心 爱心 专心11 解析解析 1 因因 v t 图的斜率表示加速度 由图可知滑块图的斜率表示加速度 由图可知滑块 A 可见摩擦力对运动的影响不明显 可忽略 可见摩擦力对运动的影响不明显 可忽略 2 当摩擦力为零时 滑块当摩擦力为零时 滑块 A 所受合力所受合力 F Mgsin Mg 所以可通过改变 所以可通过改变 h 验证质量一定时加速度与力的关系 通过改变 验证质量一定时加速度与力的关系 通过改变 M h 且使 且使 M h 不变 验不变 验 证力一定时 加速度与质量成反比的关系 证力一定时 加速度与质量成反比的关系 3 图象不对称表明上滑与下滑过程中图象不对称表明上滑与下滑过程中 A 的加速度不相等 是由于滑动摩擦力造成的 由图象可知 上滑与下滑的位移均为的加速度不相等 是由于滑动摩擦力造成的 由图象可知 上滑与下滑的位移均为 x 0 64m 上滑时间 上滑时间 t1 0 4s 用心 爱心 专心12 下滑时间下滑时间 t2 0 6s 由由 x 可得 上滑加速度可得 上滑加速度 a1 8 0m s2 下滑加速度 下滑加速度 a2 3 6m s2 由牛顿第二定律得由牛顿第二定律得 a1 gsin gcos a2 gsin gcos 联立联立 得得 arcsin0 6 0 3 答案答案 1 5 8 不明显 可忽略不明显 可忽略 2 斜面高度斜面高度 h 滑块滑块 A 的质量的质量 M 及斜面的高度及斜面的高度 h 且使 且使 Mh 不变不变 3 滑动摩擦力滑动摩擦力 arcsin0 6 0 3 某实验小组设某实验小组设计了如图所示的实验装置探究加速度与力 质量的关系 开始时闭合开关 电磁铁将计了如图所示的实验装置探究加速度与力 质量的关系 开始时闭合开关 电磁铁将 A B 两