高一物理探究加速度及力跟质量的关系

1、第第2节节 实验实验:探究加速度与力探究加速度与力 质量的关系质量的关系知识识记知识识记 1.加速度是表示物体速度加速度是表示物体速度变化快慢变化快慢的物理量的物理量.根据事实经验根据事实经验,加速度与物体的质量有关加速度与物体的质量有关.物体受力一定时物体受力一定时,质量越小质量越小,加速加速度就越度就越大大.加速度还与物体受力的大小有关加速度还与物体受力的大小有关,物体质量一定物体质量一定时时,受力越大受力越大,其加速度越其加速度越大大.2.控制变量法控制变量法:加速度加速度a和质量和质量m 外力外力F都有关系都有关系.研究它们研究它们之间的关系时之间的关系时,先保持质量不变先保持质量不变

2、,测量物体在不同的测量物体在不同的力力的作的作用下的加速度用下的加速度,分析加速度与分析加速度与力力的关系的关系;再保持物体所受的再保持物体所受的力相同力相同,测量不同质量的物体在该力作用下的加速度测量不同质量的物体在该力作用下的加速度,分析分析加速度与加速度与质量质量的关系的关系.这种先控制某个参量不变这种先控制某个参量不变,研究某两研究某两个参量之间变化关系的方法叫个参量之间变化关系的方法叫控制变量法控制变量法.3.平衡摩擦力时不要挂重物平衡摩擦力时不要挂重物,整个实验平衡了摩擦力后整个实验平衡了摩擦力后,不管不管以后是改变盘和砝码的质量还是改变小车及砝码的质量以后是改变盘和砝码的质量还是

3、改变小车及砝码的质量,都不需要重新平衡摩擦力都不需要重新平衡摩擦力.4.实验中必须满足小车和砝码的总质量远实验中必须满足小车和砝码的总质量远大于大于小盘和砝码的小盘和砝码的总质量总质量.只有如此只有如此,砝码和小盘的总重力才可视为与小车受砝码和小盘的总重力才可视为与小车受到的拉力相等到的拉力相等.5.作图象时作图象时,要使尽可能多的点在所作直线上要使尽可能多的点在所作直线上,不在直线上的不在直线上的点应尽可能对称分布在所作直线点应尽可能对称分布在所作直线两侧两侧.个别偏离直线较远个别偏离直线较远的点是错误数据的点是错误数据,可舍去不予考虑可舍去不予考虑.15分钟随堂验收分钟随堂验收1.在探究在

4、探究“加速度与力加速度与力 质量的关系质量的关系”的实验中的实验中,下列说法中下列说法中正确的是正确的是( )A.为了减小实验误差为了减小实验误差,悬挂物的质量应远小于小车和砝码的质悬挂物的质量应远小于小车和砝码的质量量B.为了减小小车为了减小小车 纸带受到的摩擦力对实验的影响纸带受到的摩擦力对实验的影响,需把小车需把小车运动平板的起始端略垫高些运动平板的起始端略垫高些C.实验结果采用描点法画图象实验结果采用描点法画图象,是为了减小误差是为了减小误差D.,1am实验结果采用坐标作图 是为了根据图象直观地作出判断答案答案:ABCD2.在探究第二定律的实验中在探究第二定律的实验中,下列说法正确的是

5、下列说法正确的是( )A.平衡摩擦力平衡摩擦力,小盘应用细线通过定滑轮系在小车上小盘应用细线通过定滑轮系在小车上,但小盘但小盘内不能装砝码内不能装砝码B.实验中应始终保持小车和砝码的质量远远大于砝码和小盘实验中应始终保持小车和砝码的质量远远大于砝码和小盘的质量的质量C.实验中如用纵坐标表示加速度实验中如用纵坐标表示加速度,用横坐标表示小车和车内砝用横坐标表示小车和车内砝码的总质量码的总质量,描出相应的点在一条直线上时描出相应的点在一条直线上时,即可证明加速即可证明加速度与质量成反比度与质量成反比D.平衡摩擦力时平衡摩擦力时,小车后面的纸带必须连好小车后面的纸带必须连好,因为运动过程中因为运动过

6、程中纸带也要受到阻力纸带也要受到阻力答案答案:BD解析解析:平衡摩擦力是通过调节长木板倾角来实现的平衡摩擦力是通过调节长木板倾角来实现的,与小盘和与小盘和砝码无关砝码无关,故故A错错.要使小盘和砝码的总重力代替小车受到要使小盘和砝码的总重力代替小车受到的拉力就必须满足选项的拉力就必须满足选项B,故故B正确正确.C项中项中,纵坐标表示加速纵坐标表示加速度度,横坐标表示小车及车内砝码的总质量的倒数横坐标表示小车及车内砝码的总质量的倒数,描出相应描出相应的点在一条直线上时的点在一条直线上时,才可证明加速度与质量成反比才可证明加速度与质量成反比,故故C错错.纸带与打点计时器之间的摩擦力会带来误差纸带与

7、打点计时器之间的摩擦力会带来误差,应尽可能应尽可能减少减少,故故D项正确项正确.3.在探究在探究a与与F m关系的实验中备有下列器材关系的实验中备有下列器材:A.打点计时打点计时器器;B.天平天平;C.停表停表;D.低压交流电源低压交流电源;E.电池电池;F.纸带纸带;G.细绳细绳 砝码砝码 小车小车 砂和桶砂和桶;H.薄木板薄木板.其中多余的器材是其中多余的器材是_,缺少的器材缺少的器材是是_.CE一端附有定滑轮的长木板一端附有定滑轮的长木板 刻度尺刻度尺4.若测得某一物体的若测得某一物体的m一定时一定时,a与与F关系的有关数据资料如下关系的有关数据资料如下表表.a/(ms-2)1.984.

8、065.958.12F/N1.002.003.004.00(1)根据表中数据根据表中数据,画出画出a-F图象图象.答案答案:(1)a-F图象如图图象如图4-2-1所示所示.图图4-2-1 (2)从图象中可以判定从图象中可以判定:当当m一定时一定时,a与与F的关系为的关系为_.正比关系正比关系解析解析:若若a与与F成正比成正比,则图象是一条过原点的直线则图象是一条过原点的直线.同时因实验同时因实验中不可避免地出现误差中不可避免地出现误差,研究误差产生的原因研究误差产生的原因,从而减小误从而减小误差差,增大实验的准确性增大实验的准确性,则在误差允许范围内图线是一条过则在误差允许范围内图线是一条过原

9、点的直线即可原点的直线即可.连线时应使用直线过尽可能多的点连线时应使用直线过尽可能多的点,不在不在直线上的点应大致对称分布在直线两侧直线上的点应大致对称分布在直线两侧,离直线较远的点离直线较远的点应视为错误数据应视为错误数据,不予考虑不予考虑.45分钟课时作业分钟课时作业一一 选择题选择题1.如图如图4-2-2所示是根据探究加速度与力的关系的实验数据描所示是根据探究加速度与力的关系的实验数据描绘的绘的a-F图象图象,下列说法正确的是下列说法正确的是( )图图A.三条倾斜直线所对应的滑块和橡皮泥的质量相同三条倾斜直线所对应的滑块和橡皮泥的质量相同B.三条倾斜直线所对应的滑块和橡皮泥的质量不同三条

10、倾斜直线所对应的滑块和橡皮泥的质量不同C.直线直线1所对应的滑块和橡皮泥的质量最大所对应的滑块和橡皮泥的质量最大D.直线直线3所对应的滑块和橡皮泥的质量最大所对应的滑块和橡皮泥的质量最大答案答案:BD解析解析:由图象知由图象知F相同时相同时,对应的加速度大小对应的加速度大小a1a2a3,根据根据F相相同时同时,加速度与质量成反比加速度与质量成反比,所以所以m1m2m3,故故B D正确正确.2.如图如图4-2-3所示为某些同学根据实验数据画出的图象所示为某些同学根据实验数据画出的图象,下列下列说法中正确的是说法中正确的是( )图图4-2-3A.形成图形成图(a)的原因是平衡摩擦力时长木板倾角过大

11、的原因是平衡摩擦力时长木板倾角过大B.形成图形成图(b)的原因是平衡摩擦力时长木板倾角过小的原因是平衡摩擦力时长木板倾角过小C.形成图形成图(c)的原因是平衡摩擦力时长木板倾角过大的原因是平衡摩擦力时长木板倾角过大D.形成图形成图(d)的原因是平衡摩擦力时长木板倾角过小的原因是平衡摩擦力时长木板倾角过小答案答案:AD解析解析:(a)图是平衡摩擦力时长木板倾角过大图是平衡摩擦力时长木板倾角过大,牵引力为零牵引力为零,小车小车已有加速度已有加速度,所以所以A对对,C错错;(d)图是平衡摩擦力时长木板倾图是平衡摩擦力时长木板倾角过小角过小,导致图线不过原点导致图线不过原点,有一定拉力后才有加速度有一

12、定拉力后才有加速度,所以所以B错错,D对对.二二 非选择题非选择题3.在在“探究加速度与力探究加速度与力 质量的关系质量的关系”时时,某小组设计双车位某小组设计双车位移比较法来探究加速度与力的关系移比较法来探究加速度与力的关系.实验装置如图实验装置如图4-2-4所所示示,将轨道分上下双层排列将轨道分上下双层排列,两小车后的刹车线穿过尾端固两小车后的刹车线穿过尾端固定板定板,由安装在后面的刹车系统同时进行控制由安装在后面的刹车系统同时进行控制(未画出刹车未画出刹车系统系统).通过改变砝码盘中的砝码来改变拉力大小通过改变砝码盘中的砝码来改变拉力大小.图图4-2-4(1)通过比较两小车的位移来比较两

13、小车的加速度大小通过比较两小车的位移来比较两小车的加速度大小,是因是因为位移与加速度的关系式为为位移与加速度的关系式为_.已知两车质量均为已知两车质量均为200 g,实验数据如下表所示实验数据如下表所示: (2)该装置中的刹车系统的作用是该装置中的刹车系统的作用是_.(3)分析表中数据可得到结分析表中数据可得到结论论:_.(4)为了减小实验的系统误差为了减小实验的系统误差,你认为还可以进行哪些方面的你认为还可以进行哪些方面的改进改进?(只需提出一个建议即可只需提出一个建议即可)答案答案:见解析见解析 21: 1.2xat解析位移与加速度的关系式为(2)刹车系统的作用是控制两车同时运动和同时停止

14、刹车系统的作用是控制两车同时运动和同时停止.(3)由于本实验的刹车系统保证了两车运动的时间相同由于本实验的刹车系统保证了两车运动的时间相同,故加故加速度速度a与位移与位移x成正比成正比.由表中数据可以看出由表中数据可以看出,在实验误差允许在实验误差允许的范围内的范围内,当小车的质量保持不变时当小车的质量保持不变时,位移位移x与与F成正比成正比,故有故有a与与F成正比成正比.(4)调整两木板的倾角调整两木板的倾角,平衡好摩擦力平衡好摩擦力,满足盘和盘中砝码的总满足盘和盘中砝码的总质量远小于小车的质量质量远小于小车的质量.4.下表中是探究牛顿第二定律实验所记录的部分的数据下表中是探究牛顿第二定律实

15、验所记录的部分的数据.组别组别质质量量m/kgm/kg 受力受力F/NF/N加速度加速度a/(msa/(ms-2-2) )1 10.50.50.250.252 20.500.503 31.001.004 41.01.05 51.51.5若利用若利用1 2 3三组数据探究加速度与受力的关系三组数据探究加速度与受力的关系,则则2 3组组数据中物体的质量分别为数据中物体的质量分别为_ _;若利用若利用3 4 5三组数据探三组数据探究加速度与物体质量的关系究加速度与物体质量的关系,则则4 5组数据中物体所受的组数据中物体所受的力分别为力分别为_ _.0.5 kg0.5 kg1.00 N1.00 N解析

16、解析:本实验采用控制变量法本实验采用控制变量法,在探究加速度与力的关系时在探究加速度与力的关系时,保保证了小车质量是不变的证了小车质量是不变的,所以所以1 2 3三组数据中物体的质三组数据中物体的质量均为量均为0.5 kg.而而3 4 5组是探究加速度与物体质量的关组是探究加速度与物体质量的关系系,保证的是小车受力不变保证的是小车受力不变,故故4 5组数据中物体所受的力组数据中物体所受的力均为均为1.00 N.5.杨小华用如图杨小华用如图4-2-5所示的装置做所示的装置做“探究加速度与力的关系探究加速度与力的关系”的实验的实验:小车搁置在水平放置的长木板上小车搁置在水平放置的长木板上,纸带连接

17、车尾并纸带连接车尾并穿过打点计时器穿过打点计时器,用来测定小车的加速度用来测定小车的加速度a,小桶通过细线对小桶通过细线对小车施拉力小车施拉力F.在保持小车质量不变的情况下在保持小车质量不变的情况下,改变对小车拉改变对小车拉力力F的大小的大小,测得小车所受的拉力测得小车所受的拉力F和加速度和加速度a的数据如下表的数据如下表:图图4-2-5F/N0.210.300.400.490.60a/(m/s2)0.100.210.290.410.49(1)根据测得的数据根据测得的数据,在图在图4-2-6中作出中作出a-F图象图象.答案答案:(1)如图如图4-2-7所示所示 图图4-2-7(2)由图象可知由

18、图象可知,小车与长木板之间的最大静摩擦力大小为小车与长木板之间的最大静摩擦力大小为_N.图图4-2-60.10 (3)若要使作出的若要使作出的a-F图线过坐标原点图线过坐标原点,需要调整实验装置需要调整实验装置,可可采取以下措施中的采取以下措施中的( )A.增加小车的质量增加小车的质量B.减小小车的质量减小小车的质量C.适当垫高长木板的右端适当垫高长木板的右端D.适当增加小桶内砝码质量适当增加小桶内砝码质量C 解析解析:(1)以以a为纵坐标为纵坐标,F为横坐标为横坐标,将表格中的数据点在将表格中的数据点在a-F图图象上象上,再作一条直线再作一条直线,使尽可能多的点落在直线上使尽可能多的点落在直线上,其他点均其他点均匀分布在直线两侧匀分布在直线两侧.(2)由作出的由作出的a-F图象可知图象可知,当当F从零增大从零增大到到0.1 N时才产生加速度时才产生加速度,说明最大静摩擦力的大小为说明最大静