人教新课标实验探究加速度与力质量的关系精简精炼 省一等奖

课堂互动三点剖析一、探究加速度与合外力和质量的关系是重点物体的加速度同时跟力与质量两个因素有关，实验中应采用控制变量法.在保持物体质量不变的情况下，改变力的大小，探究加速度与力的关系；在保持物体受力不变的情况下，改变质量的大小，探究加速度与质量的关系.1.加速度与力的关系在本探究实验中，使小车运动的力最好是小车受到的合外力，我们是用小盘和砝码跨过定滑轮来拉动小车的，当小车的质量比小盘和砝码的质量大得多时，小车受到的拉力与小盘和砝码的重力近似相等.我们可以通过改变砝码的数量来改变拉力的大小.实验表明，当小车的质量保持不变时，产生的加速度与作用力成正比.2.加速度与质量的关系实验中，保持作用力不变，通过向小车上加砝码来改变小车的质量.实验表明，当小车受到的作用力保持不变时，产生的加速度与质量成反比.二、测量物体的加速度和用图象进行数据处理是难点1.测量（或比较）物体的加速度如果物体做初速度为零的匀加速直线运动，那么，测量物体加速度最直接的办法就是用刻度尺测量位移并用秒表测量时间，然后由a=算出.也可以在运动物体上安装一条打点计时器的纸带，根据纸带上打出的点来测量加速度.其实，在这个实验中也可以不测加速度的具体数值，这是因为我们探究的是加速度与其他量之间的比例关系.因此，测量不同情况下（即不同受力时、不同质量时）物体加速度的比值，就可以了.由于a=，如果测出两个初速度为0的匀加速运动在相同时间内发生的位移x1、x2，位移之比就是加速度之比，即=.2.实验数据的图象表示观察描出的各数据点，可以看出各点大体在一条直线上.由于误差的存在，不可将各数据点直接连起来，而是用一条直线尽量靠近这些点，作出实验结果图.从图象上可以看出：物体的加速度，与其所受合外力成正比，与其质量的倒数也是成正比（或与物体的质量成反比）.3.用描点法描出的a-F图象与a-图象中，描出的点有些离散，并不是严格地位于某条直线上，应如何处理？实验过程中不可避免地要出现误差，本探究实验中的误差是由于读数等原因造成的偶然误差，要减小偶然误差，测量多次取平均值是一种非常有效的方法.而描点法作图象使测出的点尽可能地对称分布于直线两侧，就是一种平均.离直线较远的点，误差很大，就是错误数据，可直接舍去.三、判断小车所受的合外力是疑点如图4-2-7所示，放在粗糙水平面上的小车受到的合力是否为小盘和砝码的重力呢？很显然，小车由于还要受到摩擦力作用，合力不是小盘和砝码的重力；若将木板的一端垫高到一个合适的角度，使小车在上面轻轻一推恰能匀速下滑.因为小车已经可以匀速下滑，由牛顿第一定律可知，物体所受合力为零，因此，再把小盘和砝码系在小车上时，小盘和砝码的重力就是小车受到的合力大小，如图4-2-8所示.图4-2-7图4-2-8我们只要用天平测出小盘和砝码的质量就可以确定小车受到的拉力大小了.在本探究实验中，小车做匀加速直线运动，小盘和砝码通过绳与小车相连也做匀加速直线运动，它在竖直方向上受到重力与绳的拉力，由于其不是平衡状态，故不满足平衡条件，二力的大小不相等，小车受到的拉力与绳施加给小盘的力大小相等，所以使小车做匀加速运动的力与小盘和砝码的重力并不相等.但当小车的质量比小盘和砝码的质量大得多时，二力近似相等.各个击破【例1】探究加速度与力、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，分别改变施加在物体上的力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___________________不变，分别改变物体的质量m，测出相应的加速度a.（3）为了更直观地反映物体的加速度a与物体质量m的关系，往往用二者的关系图象表示出来，该关系图象应选用（）图象图象图象图象（4）如果a-图象是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成正比D.物体的质量m与加速度a成反比（5）如果a-F图象是通过原点的一条直线，说明物体的加速度a与施加在物体上的力成_____________关系.解析：我们探究一个量与另外两个量之间的关系时，一般采用控制变量的方法，这样可以使实验变得简单明了.探究实验表明，在保持物体受力不变的情况下，其产生的加速度随物体质量的增大而减小，我们可以猜想它们成反比关系.若用图象表示，am图象应为曲线，这给我们总结实验结论带来了不便.这时我们可以用a-图象来代替，若a-图象是通过原点的一条直线，则说明物体的加速度a与质量m成反比.答案：（1）物体质量m（2）施加在物体上的力F（3）C（4）B（5）正比【例2】若测得某一物体M一定时，a与F的关系的有关数据资料如下表.a/（m·s-2）F/N（1）根据表中数据，画出a-F图象；（2）从图象可以判定：当M一定时，a与F的关系为________________________________.解析：由数据可知，a与F增加的倍数大致相等，可先假设a与F成正比，则图象是一条过原点的直线.同时因实验中不可避免地出现误差，图4-2-2研究误差产生的原因，从而可减小误差增大实验的准确性.连线时应使直线过尽可能多的点，不在直线上的点应大致对称地分布在直线两侧，离直线较远的点应视为错误数据，不予考虑.因此在误差允许的范围内图线是一条过原点的直线.答案：（1）a-F图象如图4-2-2所示.（2）成正比关系【例3】若测得某一物体受力F一定时，a与m的关系数据如下表所示.a/（m·s-2）m/kg（1）根据表中所列数据，画出a-图象；（2）由a-图象可知，当F一定时，a与m的关系为_______________________________.图4-2-3解析：要画出a与的图象，需要先求出对应的，其数据分别为kg-1、kg-1、kg-1、kg-1.然后描点、连线，得到的图象如图4-2-3所示，由图象可得a与m成正比，即a与m成反比.答案：（1）a-图象如图4-2-3所示（2）由图象可知a与m成反比类题演练1在如图4-2-4所示的实验装置中，可通过纸带记录小车的运动，从而求出其加速度.如果实验中打出的纸带如图4-2-5所示，相邻计数点的时间间隔是s，由此可算出小车的加速度a=________________m/s2.图4-2-4图4-2-5解析：用逐差法求解：x1=cm，x3=cm，x3-x1=2aT2所以a==m/s2=m/s2.答案：【例4】如图4-2-6所示探究加速度与力的关系时，甲同学根据实验数据画出的a-F图象为图中的直线Ⅰ，乙同学画出的a-F图象为图中的直线Ⅱ.直线Ⅰ、Ⅱ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原因的四种解释，其中可能正确的是（）图4-2-6A.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：图象Ⅰ在纵轴上有较大的截距，说明在绳对小车的拉力F=0（还没有挂砂桶）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.图象Ⅱ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BC正确.答案：BC温馨提示：在实验中平衡摩擦力的标准是物体在不挂小盘和砝码（或砂桶）时做匀速直线运动，即所连纸带上打出的点应是均匀分布的.类题演练2用斜面、小车、砂桶、砝码等器材做“探究加速度与力、质量的关系”实验，图4-2-9是实验中一条打点的纸带，相邻计数点的时间间隔为T，且间距x1、x2、x3、x4、x5、x6已量出.图4-2-9（1）请写出三个不同的计算加速度的表达式；（2）如图4-2-10甲，甲同学根据测量数据画出a-F图线，表明实验的问题是____________________________________________________