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【最新2022】人教版高中物理必修一【4.2探究加速度與力,質(zhì)量的關(guān)系】三件套【課件(共41張PPT)+素材+教案+同步練習(xí)】

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中小學(xué)教育資源及組卷應(yīng)用平臺(tái)
人教版高中物理必修1教學(xué)設(shè)計(jì)
課題 實(shí)驗(yàn):探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系 單元 4 學(xué)科 物理 年級(jí) 高一
教材分析 本節(jié)選自人教版高中物理教材第四章第2節(jié)《實(shí)驗(yàn):探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系》牛頓第二定律是動(dòng)力學(xué)的核心規(guī)律,是本章重點(diǎn)和中心內(nèi)容,而探究加速度與力和質(zhì)量的關(guān)系是學(xué)習(xí)下一節(jié)的牛頓第二定律有鋪墊作用。也是力學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)中間重要橋梁的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)中計(jì)算加速的是關(guān)鍵,其中計(jì)算加速度的方法有:(1)測(cè)量加速度的方案:①方法1:小車做初速度為0 的勻加速直線運(yùn)動(dòng),直接測(cè)量小車移動(dòng)的位移x和發(fā)生這段位移所用的時(shí)間t,a=2x/t2 計(jì)算出加速度a。②方法2: 將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的紙帶連在小車上,根據(jù)紙帶上打出的點(diǎn)來測(cè)量加速度。③方法3:讓兩個(gè)做初速度為0的勻加速直線運(yùn)動(dòng)的物體的運(yùn)動(dòng)時(shí)間t相等,那么由 a=2x/t2可知,它們的位移之比就等于加速度之比,(2)提供并且測(cè)量物體所受的外力的方案:由于我們上述測(cè)量加速度的方案只能適用于勻變速直線運(yùn)動(dòng),所以我們必須給物體提供一個(gè)恒定的外力,并且要測(cè)量這個(gè)外力。但測(cè)力有一定困難,還需平衡摩擦,教材的參考案例提供的外力比較容易測(cè)量。
教學(xué)目標(biāo)與核心素養(yǎng) 一、知識(shí)與技能1. 學(xué)會(huì)通過實(shí)驗(yàn)探究物體加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系的基本步驟和注意事項(xiàng)。2. 在實(shí)驗(yàn)中掌握打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的用法。3. 對(duì)自己的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行合理的推測(cè)并歸納分析,得出結(jié)論。二、過程與方法(1)在處理實(shí)驗(yàn)問題時(shí)建立采用控制變量的方法對(duì)a、F、m三個(gè)物理量間的數(shù)量關(guān)系進(jìn)行定量研究和根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),歸納、推理實(shí)驗(yàn)結(jié)論定量分析的物理觀念。(2)理解實(shí)驗(yàn)思路的合理性,以及用圖象處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的有效性三,情感態(tài)度價(jià)值觀通過探究實(shí)驗(yàn),培養(yǎng)實(shí)事求是、尊重客觀規(guī)律的科學(xué)態(tài)度;學(xué)會(huì)與他人合作、交流,具有團(tuán)隊(duì)意識(shí)和團(tuán)隊(duì)精神。
重點(diǎn) 1. 控制變量法的使用2. 如何提出實(shí)驗(yàn)方案,并使實(shí)驗(yàn)方案合理可行3. 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析和處理
難點(diǎn) 1. 控制變量法的使用2. 誤差來源分析,并歸納注意事項(xiàng)
教學(xué)過程
教學(xué)環(huán)節(jié) 教師活動(dòng) 學(xué)生活動(dòng) 設(shè)計(jì)意圖
導(dǎo)入新課 知識(shí)回顧咱們第一和二章學(xué)習(xí)了運(yùn)動(dòng),第三章學(xué)習(xí)了力學(xué),那這第四章是運(yùn)動(dòng)和力的關(guān)系。那么運(yùn)動(dòng)和理由什么樣的關(guān)系呢?下面上一節(jié)學(xué)習(xí)的牛頓運(yùn)動(dòng)定律開始學(xué)習(xí)。牛頓第一定律的內(nèi)容是什么?教師總結(jié)并強(qiáng)調(diào):一切物體總保持勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài),除非作用在它上面的力迫使他改變這種狀態(tài)。可見力是改變物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的原因,通過慣性定律可知,質(zhì)量大的物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不容易改變。所以加速度與力、質(zhì)量之間必然存在一定的關(guān)系。在某種角度,牛頓第一運(yùn)動(dòng)定律解釋了某物體不受力時(shí)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)(靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)),那么某物體受到力會(huì)做怎么運(yùn)動(dòng)呢?下面我們我們通過實(shí)驗(yàn)分別從兩方面來探究加速度與力、質(zhì)量之間的定量關(guān)系: 加速度與力的關(guān)系;② 加速度與質(zhì)量的關(guān)系。 學(xué)生回答1、牛頓第一定律的內(nèi)容和慣性與質(zhì)量的關(guān)系 為了說明加速度與力、質(zhì)量之間的定量關(guān)系做鋪墊,明白本節(jié)所要研究的內(nèi)容。
講授新課 一、實(shí)驗(yàn):探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系1、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?定量分析a、F、m的關(guān)系。2、實(shí)驗(yàn)方法:控制變量法例如:咱們研究速度這個(gè)概念時(shí),(1)相同時(shí)間內(nèi)比較誰的唯一大,就是誰的速度大; (2)相同位移,完成這段位移誰的用時(shí)少,那誰的速度快。位移和時(shí)間兩個(gè)物理量會(huì)影響速度的大小控制時(shí)間,研究位移和速度的關(guān)系控制位移,研究時(shí)間與速度的關(guān)系3、實(shí)驗(yàn)思路將小車置于水平木板上,通過滑輪與槽碼相連。小車可以在槽碼的牽引下運(yùn)動(dòng)。出示圖片(1)加速度與力的關(guān)系保持物體的質(zhì)量不變,測(cè)量不同力下的加速度,分析加速度與力的關(guān)系。(2)加速度與質(zhì)量的關(guān)系保持物體受力不變,測(cè)量不同質(zhì)量下的加速度,分析加速度與質(zhì)量的關(guān)系。出示動(dòng)畫:探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系4、物理量的測(cè)量本實(shí)驗(yàn)需要測(cè)量的物理量有三個(gè):A.物體的質(zhì)量mB.物體所受的作用力F C.物體運(yùn)動(dòng)的加速度a。(1)A.質(zhì)量的測(cè)量 質(zhì)量可以用天平測(cè)量。為了改變小車的質(zhì)量,可以在小車中增減砝碼的數(shù)量。 (2)加速度的測(cè)量 ①方法1:讓小車做勻加速直線運(yùn)動(dòng)(初速度為零),測(cè)量小車移動(dòng)的位移x和發(fā)生這段位移所用的時(shí)間t,a=2x/t2 計(jì)算出加速度a。②方法2: 將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的紙帶連在小車上,根據(jù)紙帶上打出的點(diǎn)來測(cè)量加速度。③方法3:讓兩個(gè)做初速度為0的勻加速直線運(yùn)動(dòng)的物體的運(yùn)動(dòng)時(shí)間t相等,那么由 a=2x/t2 可知,它們的位移之比就等于加速度之比,即:這樣,測(cè)量加速度就轉(zhuǎn)換成測(cè)量位移了。(2)力的測(cè)量現(xiàn)實(shí)中,僅受一個(gè)力作用的物體幾乎不存在,所以實(shí)驗(yàn)中作用力F的含義是物體所受的合力。那么,如何測(cè)小車所受合外力F合? 我們通過下面具體實(shí)驗(yàn)來說明。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)1:用阻力補(bǔ)償法探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系1、實(shí)驗(yàn)器材:小車、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、紙帶、一端帶滑輪的長木板、細(xì)線、砝碼、鉤碼、刻度尺、天平。2、實(shí)驗(yàn)步驟(1)用天平測(cè)出小車的質(zhì)量;(2)按圖裝好實(shí)驗(yàn)器材,平衡摩擦力。(3)控制小車質(zhì)量不變,用細(xì)線將鉤碼與小車相連,打開打點(diǎn)計(jì)時(shí)器,釋放小車,測(cè)出一組數(shù)據(jù)。(4)保持小車上的砝碼個(gè)數(shù)不變,改變鉤碼質(zhì)量,并測(cè)量得F (鉤碼質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車質(zhì)量),多測(cè)幾組數(shù)據(jù)。注意:只有在鉤碼質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車質(zhì)量時(shí),線的拉力近似等于鉤碼的重力。(5)控制鉤碼質(zhì)量不變,改變小車質(zhì)量,再測(cè)幾組數(shù)據(jù)填入表中。(6)分析每條紙帶,測(cè)量并計(jì)算出加速度的值;(7)作a-F關(guān)系圖象,并由圖象確定a-F關(guān)系。思考討論:為什么平衡小車摩擦力?怎樣平衡小車的摩擦力?我們研究合力,質(zhì)量和加速度關(guān)系時(shí)砝碼重力就代表小車受到的合力,所以小車自由下落過程中勻速直線運(yùn)動(dòng)才能保證它是處于不受力狀態(tài),這樣才能保證砝碼重力就是汽車受到的外力。在長木板的不帶定滑輪的一端下面墊上一塊薄木板,反復(fù)移動(dòng)薄木板的位置,直至小車在斜面上運(yùn)動(dòng)時(shí)以保持勻速運(yùn)動(dòng)狀態(tài),這樣小車所受合力為零,平衡了小車的摩擦力。小車受到的摩擦力恰好與小車所受的重力在斜面方向上的分力平衡。4、進(jìn)行實(shí)驗(yàn)表1:小車質(zhì)量一定拉力F拉力F0.100.200.300.400.50加速度a0.150.310.430.590.76思考:如何更直觀地處理數(shù)據(jù)?以a為縱坐標(biāo)、F為橫坐標(biāo)建立直角坐標(biāo)系。根據(jù)各組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)在坐標(biāo)紙上描點(diǎn),觀察圖像。這些點(diǎn)在一條過原點(diǎn)的直線附近,說明加速度a 與拉力F 成正比。表2:小車所受的拉力一定質(zhì)量 m0.4000.5000.7501.0001.200加速度 a0.8610.6920.4700.3520.290質(zhì)量2.502.001.331.000.83在相同拉力作用下,質(zhì)量m 越大,加速度a 越小。我們很難直觀看出圖線是否為雙曲線,那么,怎樣判斷a 與 m 成不成反比呢?如果a-m圖像是雙曲線,a 與 m 成反比,也就是a與1/m成正比。如圖的圖線為過原點(diǎn)的直線,所以在相同拉力作用下a與1/m成正比,即:a 與 m 成反比注意事項(xiàng)1.實(shí)驗(yàn)中應(yīng)先接通電源后釋放小車.2.在平衡摩擦力時(shí)不要懸掛任何物體。3.改變鉤碼的質(zhì)量過程中,要始終保證鉤碼質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車質(zhì)量時(shí),線的拉力近似等于鉤碼的重力。4.作圖時(shí)應(yīng)使所作的直線通過盡可能多的點(diǎn),不在直線上的點(diǎn)也要盡可能的分布在直線的兩側(cè),但若遇到個(gè)別偏離較遠(yuǎn)的點(diǎn)可舍去。科學(xué)方法 控制變量控制變量的方法是指在研究和解決問題的過程中,對(duì)影響事物變化規(guī)律的獨(dú)立因素加以人為控制,使其中只有一個(gè)因素按照特定的要求發(fā)生變化,而其他因素保持不變,以利于尋找事物發(fā)展變化的規(guī)律的方法。本節(jié)在探究加速度與力、質(zhì)量之間的關(guān)系時(shí),就采用了控制變量的方法,它是科學(xué)研究中常用的一種方法。課堂練習(xí)1.利用如圖所示的裝置探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系,下列說法正確的是(  )A.保持小車所受拉力不變,只改變小車的質(zhì)量,就可以探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系B.保持小車質(zhì)量不變,只改變小車的拉力,就可以探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系C.先保持小車所受拉力不變,探究加速度與力的關(guān)系;再保持小車質(zhì)量不變,探究加速度與質(zhì)量的關(guān)系,最后歸納出加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系D.先保持小車質(zhì)量不變,探究加速度與力的關(guān)系;再保持小車所受拉力不變,探究加速度與質(zhì)量的關(guān)系,最后歸納出加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系【答案】D【詳解】A. 保持小車所受拉力不變,只改變小車的質(zhì)量,只能探究加速度與質(zhì)量的關(guān)系,故A錯(cuò)誤;B. 保持小車質(zhì)量不變,只改變小車的拉力,只能探究加速度與力的關(guān)系,故B錯(cuò)誤;CD. 先保持小車質(zhì)量不變,探究加速度與力的關(guān)系;再保持小車所受拉力不變,探究加速度與質(zhì)量的關(guān)系,最后歸納出加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系,這是利用控制變量法研究加速度與力和質(zhì)量的關(guān)系,故C錯(cuò)誤,D正確。故選D。2.如圖所示是某同學(xué)探究加速度與力的關(guān)系的實(shí)驗(yàn)裝置。他在氣墊導(dǎo)軌上安裝了一個(gè)光電門B,滑塊上固定一寬度為d的遮光條,滑塊用細(xì)線繞過氣墊導(dǎo)軌左端的定滑輪與力傳感器相連,傳感器下方懸掛鉤碼,每次滑塊都從A處由靜止釋放。 (1)下列不必要的一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)要求是_____(請(qǐng)?zhí)顚戇x項(xiàng)前對(duì)應(yīng)的字母)。A.應(yīng)使A位置與光電門間的距離適當(dāng)大些B.應(yīng)將氣墊導(dǎo)軌調(diào)節(jié)水平C.應(yīng)使細(xì)線與氣墊導(dǎo)軌平行D.應(yīng)使滑塊質(zhì)量遠(yuǎn)大于鉤碼和力傳感器的總質(zhì)量(2)實(shí)驗(yàn)時(shí),將滑塊從A位置由靜止釋放,由數(shù)字計(jì)時(shí)器讀出遮光條通過光電門B的時(shí)間t,若要得到滑塊的加速度,還需要測(cè)量的物理量是_____。【答案】D A位置到光電門的距離L 【詳解】(1)[1]A.位置與光電門間的距離適當(dāng)大些可以減小測(cè)量誤差,故A正確;B.應(yīng)將氣墊導(dǎo)軌調(diào)節(jié)水平,使細(xì)線對(duì)滑塊的拉力等于滑塊受到的合力,故B正確;C.應(yīng)使細(xì)線與氣墊導(dǎo)軌平行,從而使細(xì)線對(duì)滑塊的拉力等于滑塊受到的合力,故C正確;D.細(xì)線對(duì)滑塊的拉力可以直接通過力傳感器測(cè)量,不需要滿足滑塊的質(zhì)量遠(yuǎn)大于鉤碼和力傳感器的總質(zhì)量這一條件,故D錯(cuò)誤。故選D。(2)[2]根據(jù)勻變速直線運(yùn)動(dòng)的規(guī)律,滑塊經(jīng)過光電門時(shí)的瞬時(shí)速度可近似認(rèn)為是滑塊經(jīng)過光電門的平均速度 ,根據(jù) ,若要得到滑塊的加速度,還需要測(cè)量的物理量是A位置到光電門的距離L。3、.用如圖所示的裝置研究在作用力 一定時(shí),小車的加速度 與小車質(zhì)量 (含砝碼)的關(guān)系,某位同學(xué)設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)步驟如下:A.用天平稱出小車和小桶及打點(diǎn)計(jì)時(shí)器其中所裝砂子的質(zhì)量;B.按圖所示裝好實(shí)驗(yàn)器材;C.把輕繩系在小車上并繞過定滑輪懸掛小桶;D.將電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器接在電壓為6 V的蓄電池上,接通電源,放開小車,打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上打下一系列點(diǎn),并在紙帶上標(biāo)明小車質(zhì)量;E.保持小桶及其中砂子的質(zhì)量不變,增加小車上砝碼的個(gè)數(shù),并記錄每次增加砝碼后小車和砝碼的總質(zhì)量 ,重復(fù)上述實(shí)驗(yàn);F.分析每條紙帶,測(cè)量并計(jì)算出加速度的值;G.作出 圖像,并由圖像確定 與 的關(guān)系.(1)該同學(xué)漏掉的重要實(shí)驗(yàn)步驟是_______,該步驟應(yīng)排在步驟_______后.(2)在上述步驟中,有錯(cuò)誤的是_______,應(yīng)把_______改為_______.(3)在上述步驟中,不恰當(dāng)?shù)氖莀______,應(yīng)把_______改為_______.【答案】平衡摩擦力 B 步驟D 電壓為6 V的蓄電池 6 V以下的交流學(xué)生電源 步驟G 圖像 圖像 4.如圖所示是某同學(xué)探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系時(shí),已接通電源正要釋放紙帶時(shí)的情況,請(qǐng)你指出該同學(xué)的五個(gè)錯(cuò)誤: (1)電源________;(2)電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器位置________;(3)滑輪位置________;(4)小車位置________;(5)長木板________________.【答案】應(yīng)用6 V交流電源 應(yīng)靠右端 應(yīng)使拉線水平 應(yīng)靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器 應(yīng)墊高右端以平衡摩擦力 5.在“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)中,滲透了研究問題的多種科學(xué)方法。(以下各題均選填“理想實(shí)驗(yàn)法”“圖像法”“阻力補(bǔ)償法”“化曲為直法”“控制變量法”或“近似法”)(1)對(duì)阻力的處理:_____。(2)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路:_____。(3)對(duì)小車所受合力的簡化:_____,即當(dāng)小車質(zhì)量M車 m槽時(shí),細(xì)繩對(duì)小車的拉力大小近似等于所掛槽碼的重力m槽g。(4)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理的科學(xué)方法:_____。(5)由 圖像轉(zhuǎn)化為 圖像,所用的科學(xué)方法:_____。【答案】阻力補(bǔ)償法 控制變量法 近似法 圖像法 化曲為直法 學(xué)生閱讀課文說出實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?shí)驗(yàn)思路、實(shí)驗(yàn)方法。學(xué)生觀看動(dòng)畫閱讀課文理解掌握實(shí)驗(yàn)中需要測(cè)量哪些物理量閱讀課文掌握加速度的測(cè)量的方法觀察圖片在理解的基礎(chǔ)上說出實(shí)驗(yàn)器材根據(jù)實(shí)驗(yàn)步驟進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作學(xué)生思考討論:怎樣平衡小車的摩擦力?學(xué)生記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作圖并總結(jié)實(shí)驗(yàn)結(jié)論學(xué)生記憶注意事項(xiàng)觀察圖片在理解的基礎(chǔ)上說出實(shí)驗(yàn)器材根據(jù)實(shí)驗(yàn)步驟進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作學(xué)生記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作圖并總結(jié)實(shí)驗(yàn)結(jié)論閱讀課文理解控制變量的意思學(xué)生練習(xí) 鍛煉學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力。對(duì)加速度、力和質(zhì)量之間的關(guān)系有一個(gè)定性了解為下面實(shí)驗(yàn)的順利進(jìn)行做鋪墊鍛煉學(xué)生的觀察理解能力鍛煉學(xué)生的動(dòng)手操作能力掌握平衡摩擦力的方法鍛煉學(xué)生的處理數(shù)據(jù)的能力和歸納總結(jié)能力。鍛煉學(xué)生的記憶能力掌握實(shí)驗(yàn)中的細(xì)節(jié)鍛煉學(xué)生的觀察理解能力鍛煉學(xué)生的動(dòng)手操作能力鍛煉學(xué)生的處理數(shù)據(jù)的能力和歸納總結(jié)能力。鍛煉學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力鞏固本節(jié)知識(shí)
課堂小結(jié) 1、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?定量分析a、F、m的關(guān)系。2、實(shí)驗(yàn)方法:控制變量法3、實(shí)驗(yàn)思路(1)保持物體的質(zhì)量不變,研究加速度與力的關(guān)系。(2)保持物體受力不變,研究加速度與質(zhì)量的關(guān)系。4、作圖時(shí)應(yīng)使所作的直線通過盡可能多的點(diǎn),不在直線上的點(diǎn)也要盡可能的分布在直線的兩側(cè),但若遇到個(gè)別偏離較遠(yuǎn)的點(diǎn)可舍去。 梳理自己本節(jié)所學(xué)知識(shí)進(jìn)行交流 根據(jù)學(xué)生表述,查漏補(bǔ)缺,并有針對(duì)性地進(jìn)行講解補(bǔ)充。
板書 一、實(shí)驗(yàn):探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系1、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?定量分析a、F、m的關(guān)系。2、實(shí)驗(yàn)方法:控制變量法3、實(shí)驗(yàn)思路(1)保持物體的質(zhì)量不變,測(cè)量不同力下的加速度。(2)保持物體受力不變,測(cè)量不同質(zhì)量下的加速度。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案1、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)1:用阻力補(bǔ)償法探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系3、作圖時(shí)應(yīng)使所作的直線通過盡可能多的點(diǎn),不在直線上的點(diǎn)也要盡可能的分布在直線的兩側(cè),但若遇到個(gè)別偏離較遠(yuǎn)的點(diǎn)可舍去。
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4.2實(shí)驗(yàn):探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系
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新知導(dǎo)入
知識(shí)回顧
咱們第一和二章學(xué)習(xí)了運(yùn)動(dòng)學(xué)
第三章學(xué)習(xí)了力學(xué),
那這第四章是運(yùn)動(dòng)學(xué)和力學(xué)的關(guān)系。
那么運(yùn)動(dòng)學(xué)和力學(xué)有什么樣的關(guān)系呢?下面上一節(jié)學(xué)習(xí)的牛頓運(yùn)動(dòng)定律開始學(xué)習(xí)。
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知識(shí)回顧
1、牛頓第一定律的內(nèi)容是什么?
一切物體總保持勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài),除非作用在它上面的力迫使他改變這種狀態(tài)。
可見力是改變物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的原因,通過慣性定律可知,質(zhì)量大的物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不容易改變。所以加速度與力、質(zhì)量之間必然存在一定的關(guān)系。
在某種角度,牛頓第一運(yùn)動(dòng)定律解釋了某物體不受力時(shí)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)(靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng))。
那么某物體受到力會(huì)做怎么運(yùn)動(dòng)呢?
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下面我們我們通過實(shí)驗(yàn)分別從兩方面來探究加速度與力、質(zhì)量之間的定量關(guān)系:
① 加速度與力的關(guān)系;
② 加速度與質(zhì)量的關(guān)系
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新知講解
1、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模憾糠治鯽、F、m的關(guān)系。
2、實(shí)驗(yàn)方法:控制變量法
例如:咱們研究速度這個(gè)概念時(shí),(1)相同時(shí)間內(nèi)比較誰的唯一大,就是誰的速度大; (2)相同位移,完成這段位移誰的用時(shí)少,那誰的速度快。位移和時(shí)間兩個(gè)物理量會(huì)影響速度的大小
(1) 控制時(shí)間,研究位移和速度的關(guān)系
(2) 控制位移,研究時(shí)間與速度的關(guān)系
一、實(shí)驗(yàn):探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系
新知講解
3、實(shí)驗(yàn)思路
將小車置于水平木板上,通過滑輪與槽碼相連。小車可以在槽碼的牽引下運(yùn)動(dòng)。
新知講解
(1)加速度與力的關(guān)系
保持物體的質(zhì)量不變,測(cè)量不同力下的加速度,分析加速度與力的關(guān)系。
(2)加速度與質(zhì)量的關(guān)系
保持物體受力不變,測(cè)量不同質(zhì)量下的加速度,分析加速度與質(zhì)量的關(guān)系。
探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系
新知講解
4、物理量的測(cè)量
本實(shí)驗(yàn)需要測(cè)量的物理量有三個(gè):
A.物體的質(zhì)量m
B.物體所受的作用力F
C.物體運(yùn)動(dòng)的加速度a。
新知講解
A.質(zhì)量的測(cè)量
質(zhì)量可以用天平測(cè)量。為了改變小車的質(zhì)量,可以在小車中增減砝碼的數(shù)量。
新知講解
(2)加速度的測(cè)量
②方法2: 將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的紙帶連在小車上,根據(jù)紙帶上打出的點(diǎn)來測(cè)量加速度。
①方法1:小車做初速度為0 的勻加速直線運(yùn)動(dòng),直接測(cè)量小車移動(dòng)的位移x和發(fā)生這段位移所用的時(shí)間t, 計(jì)算出加速度a。
③方法3:讓兩個(gè)做初速度為0的勻加速直線運(yùn)動(dòng)的物體的運(yùn)動(dòng)時(shí)間t相等,那么由 可知,它們的位移之比就等于加速度之比,即:
新知講解
這樣,測(cè)量加速度就轉(zhuǎn)換成測(cè)量位移了。
(2)力的測(cè)量
現(xiàn)實(shí)中,僅受一個(gè)力作用的物體幾乎不存在,所以實(shí)驗(yàn)中作用力F的含義是物體所受的合力。
那么,如何測(cè)小車所受合外力F合?
我們通過下面具體實(shí)驗(yàn)來說明。
新知講解
實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)1:用阻力補(bǔ)償法探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系
1、實(shí)驗(yàn)器材:小車、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、紙帶、一端帶滑輪的長木板、細(xì)線、砝碼、鉤碼、刻度尺、天平。
電源插頭
紙帶
新知講解
2、實(shí)驗(yàn)步驟
(1)用天平測(cè)出小車的質(zhì)量;
(2)按圖裝好實(shí)驗(yàn)器材,平衡摩擦力。
(3)控制小車質(zhì)量不變,用細(xì)線將鉤碼與小車相連,打開打點(diǎn)計(jì)時(shí)器,釋放小車,測(cè)出一組數(shù)據(jù)。
(4)保持小車上的砝碼個(gè)數(shù)不變,改變鉤碼質(zhì)量,并測(cè)量得F (鉤碼質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車質(zhì)量),多測(cè)幾組數(shù)據(jù)。
新知講解
注意:只有在鉤碼質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車質(zhì)量時(shí),線的拉力近似等于鉤碼的重力。
(5)控制鉤碼質(zhì)量不變,改變小車質(zhì)量,再測(cè)幾組數(shù)據(jù)填入表中。
(6)分析每條紙帶,測(cè)量并計(jì)算出加速度的值;
(7)作a-F關(guān)系圖象,并由圖象確定a-F關(guān)系。
新知講解
思考討論:為什么平衡小車摩擦力??
我們研究合力,質(zhì)量和加速度關(guān)系時(shí)砝碼重力就代表小車受到的合力,所以小車在長板上予以初速度下落過程中勻速直線運(yùn)動(dòng)才能保證它是處于不受力狀態(tài),這樣才能保證砝碼重力就是汽車受到的外力。
小車受到的摩擦力恰好與小車所受的重力在斜面方向上的分力平衡。
新知講解
思考討論:怎樣平衡小車的摩擦力?
在長木板的不帶定滑輪的一端下面墊上一塊薄木板,反復(fù)移動(dòng)薄木板的位置,直至小車在斜面上運(yùn)動(dòng)時(shí)以保持勻速運(yùn)動(dòng)狀態(tài),這樣小車所受合力為零,平衡了小車的摩擦力。
小車受到的摩擦力恰好與小車所受的重力在斜面方向上的分力平衡。
新知講解
4、進(jìn)行實(shí)驗(yàn)
表1:小車質(zhì)量一定拉力F
0.10
0.20
0.30
0.40
0.50
0.15
0.31
0.43
0.59
0.76
拉力F
加速度a
思考:如何更直觀地處理數(shù)據(jù)?
以a為縱坐標(biāo)、F為橫坐標(biāo)建立直角坐標(biāo)系。根據(jù)各組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)在坐標(biāo)紙上描點(diǎn),觀察圖像。
新知講解
F/N
這些點(diǎn)在一條過原點(diǎn)的直線附近,說明加速度a 與拉力F 成正比。
新知講解
表2:小車所受的拉力一定
加速度 a
質(zhì)量 m
質(zhì)量
0.400
0.500
0.750
1.000
1.200
0.861
0.692
0.470
0.352
0.290
2.50
2.00
1.33
1.00
0.83
新知講解
a/m·s -2
m
在相同拉力作用下,質(zhì)量m 越大,加速度a 越小。
我們很難直觀看出圖線是否為雙曲線,那么,怎樣判斷a 與 m 成不成反比呢?
如果a-m圖像是雙曲線,a 與 m 成反比,也就是a與
成正比。
新知講解
如圖的圖線為過原點(diǎn)的直線,所以在相同拉力作用下a與 成正比,即:a 與 m 成反比
注意事項(xiàng)
1.實(shí)驗(yàn)中應(yīng)先接通電源后釋放小車.
2.在平衡摩擦力時(shí)不要懸掛任何物體。
3.改變鉤碼的質(zhì)量過程中,要始終保證鉤碼質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車質(zhì)量時(shí),線的拉力近似等于鉤碼的重力。
4.作圖時(shí)應(yīng)使所作的直線通過盡可能多的點(diǎn),不在直線上的點(diǎn)也要盡可能的分布在直線的兩側(cè),但若遇到個(gè)別偏離較遠(yuǎn)的點(diǎn)可舍去。
新知講解
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科學(xué)方法
控制變量
控制變量的方法是指在研究和解決問題的過程中,對(duì)影響事物變化規(guī)律的獨(dú)立因素加以人為控制,使其中只有一個(gè)因素按照特定的要求發(fā)生變化,而其他因素保持不變,以利于尋找事物發(fā)展變化的規(guī)律的方法。
本節(jié)在探究加速度與力、質(zhì)量之間的關(guān)系時(shí),就采用了控制變量的方法,它是科學(xué)研究中常用的一種方法。
1.利用如圖所示的裝置探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系,下列說法正確的是( )
A.保持小車所受拉力不變,只改變小車的質(zhì)量,就可以探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系
B.保持小車質(zhì)量不變,只改變小車的拉力,就可以探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系
課堂練習(xí)
1.利用如圖所示的裝置探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系,下列說法正確的是(  )
C.先保持小車所受拉力不變,探究加速度與力的關(guān)系;再保持小車質(zhì)量不變,探究加速度與質(zhì)量的關(guān)系,最后歸納出加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系
D.先保持小車質(zhì)量不變,探究加速度與力的關(guān)系;再保持小車所受拉力不變,探究加速度與質(zhì)量的關(guān)系,最后歸納出加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系
課堂練習(xí)
D
課堂練習(xí)
A. 保持小車所受拉力不變,只改變小車的質(zhì)量,只能探究加速度與質(zhì)量的關(guān)系,故A錯(cuò)誤;
B. 保持小車質(zhì)量不變,只改變小車的拉力,只能探究加速度與力的關(guān)系,故B錯(cuò)誤;
CD. 先保持小車質(zhì)量不變,探究加速度與力的關(guān)系;再保持小車所受拉力不變,探究加速度與質(zhì)量的關(guān)系,最后歸納出加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系,這是利用控制變量法研究加速度與力和質(zhì)量的關(guān)系,故C錯(cuò)誤,D正確。
22.如圖所示是某同學(xué)探究加速度與力的關(guān)系的實(shí)驗(yàn)裝置。他在氣墊導(dǎo)軌上安裝了一個(gè)光電門B,滑塊上固定一寬度為d的遮光條,滑塊用細(xì)線繞過氣墊導(dǎo)軌左端的定滑輪與力傳感器相連,傳感器下方懸掛鉤碼,每次滑塊都從A處由靜止釋放。
(1)下列不必要的一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)要求是_____(請(qǐng)?zhí)顚戇x項(xiàng)前對(duì)應(yīng)的字母)。
課堂練習(xí)
課堂練習(xí)
22.如圖所示是某同學(xué)探究加速度與力的關(guān)系的實(shí)驗(yàn)裝置。他在氣墊導(dǎo)軌上安裝了一個(gè)光電門B,滑塊上固定一寬度為d的遮光條,滑塊用細(xì)線繞過氣墊導(dǎo)軌左端的定滑輪與力傳感器相連,傳感器下方懸掛鉤碼,每次滑塊都從A處由靜止釋放。
(1)下列不必要的一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)要求是_____(請(qǐng)?zhí)顚戇x項(xiàng)前對(duì)應(yīng)的字母)。
A.應(yīng)使A位置與光電門間的距離適當(dāng)大些
B.應(yīng)將氣墊導(dǎo)軌調(diào)節(jié)水平 C.應(yīng)使細(xì)線與氣墊導(dǎo)軌平行
D.應(yīng)使滑塊質(zhì)量遠(yuǎn)大于鉤碼和力傳感器的總質(zhì)量
D
課堂練習(xí)
22.如圖所示是某同學(xué)探究加速度與力的關(guān)系的實(shí)驗(yàn)裝置。他在氣墊導(dǎo)軌上安裝了一個(gè)光電門B,滑塊上固定一寬度為d的遮光條,滑塊用細(xì)線繞過氣墊導(dǎo)軌左端的定滑輪與力傳感器相連,傳感器下方懸掛鉤碼,每次滑塊都從A處由靜止釋放。
(2)實(shí)驗(yàn)時(shí),將滑塊從A位置由靜止釋放,由數(shù)字計(jì)時(shí)器讀出遮光條通過光電門B的時(shí)間t,若要得到滑塊的加速度,還需要測(cè)量的物理量是_ _ _ __。
A位置到光電門的距離L
課堂練習(xí)
3、用如圖所示的裝置研究在作用力 一定時(shí),小車的加速度 與小車質(zhì)量 (含砝碼)的關(guān)系,某位同學(xué)設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)步驟如下:
A.用天平稱出小車和小桶及打點(diǎn)計(jì)時(shí)器其中所裝砂子的質(zhì)量;
B.按圖所示裝好實(shí)驗(yàn)器材;
C.把輕繩系在小車上并繞過定滑輪懸掛小桶;
D.將電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器接在電壓為6 V的蓄電池上,接通電源,放開小車,打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上打下一系列點(diǎn),并在紙帶上標(biāo)明小車質(zhì)量;
課堂練習(xí)
E.保持小桶及其中砂子的質(zhì)量不變,增加小車上砝碼的個(gè)數(shù),并記錄每次增加砝碼后小車和砝碼的總質(zhì)量 ,重復(fù)上述實(shí)驗(yàn);
F.分析每條紙帶,測(cè)量并計(jì)算出加速度的值;
G.作出 圖像,并由圖像確定 與 的關(guān)系.
課堂練習(xí)
(1)該同學(xué)漏掉的重要實(shí)驗(yàn)步驟是_______,該步驟應(yīng)排在步驟_______后.
(2)在上述步驟中,有錯(cuò)誤的是_______,應(yīng)把_______改為_______.
(3)在上述步驟中,不恰當(dāng)?shù)氖莀______,應(yīng)把______改為_______.
平衡摩擦力
B
步驟D
6V的蓄電池
6V以下交流電
步驟G
a-m圖像
a-1/m圖像
課堂練習(xí)
4、如圖所示是某同學(xué)探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系時(shí),已接通電源正要釋放紙帶時(shí)的情況,請(qǐng)你指出該同學(xué)的五個(gè)錯(cuò)誤:
(1)電源________;
(2)電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器位置________;
(3)滑輪位置________;
(4)小車位置________;
(5)長木板________________.
用交流電
應(yīng)靠右端
線拉平
靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器
墊高右端平衡摩擦力
拓展提高
5.在“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)中,滲透了研究問題的多種科學(xué)方法。(選填“理想實(shí)驗(yàn)法”“圖像法”“阻力補(bǔ)償法”“化曲為直法”“控制變量法”或“近似法”)
(1)對(duì)阻力的處理:_____。
(2)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路:_____。
(3)對(duì)小車所受合力的簡化:_____,即當(dāng)小車質(zhì)量M車 m槽時(shí),細(xì)繩對(duì)小車的拉力大小近似等于所掛槽碼的重力m槽g。
(4)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理的科學(xué)方法:_____。
(5)由 圖像轉(zhuǎn)化為 圖像,所用的科學(xué)方法:_____。
阻力補(bǔ)償法
控制變量法
近似法
圖像法
化曲為直
課堂總結(jié)
1、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?定量分析a、F、m的關(guān)系。
2、實(shí)驗(yàn)方法:控制變量法
3、實(shí)驗(yàn)思路
(1)保持物體的質(zhì)量不變,研究加速度與力的關(guān)系。
(2)保持物體受力不變,研究加速度與質(zhì)量的關(guān)系。
4、作圖時(shí)應(yīng)使所作的直線通過盡可能多的點(diǎn),不在直線上的點(diǎn)也要盡可能的分布在直線的兩側(cè),但若遇到個(gè)別偏離較遠(yuǎn)的點(diǎn)可舍去。
板書設(shè)計(jì)
一、實(shí)驗(yàn):探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系
1、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?定量分析a、F、m的關(guān)系。
2、實(shí)驗(yàn)方法:控制變量法
3、實(shí)驗(yàn)思路
(1)保持物體的質(zhì)量不變,測(cè)量不同力下的加速度。
(2)保持物體受力不變,測(cè)量不同質(zhì)量下的加速度。
板書設(shè)計(jì)
二、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案
1、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)1:用阻力補(bǔ)償法探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系
2、作圖時(shí)應(yīng)使所作的直線通過盡可能多的點(diǎn),不在直線上的點(diǎn)也要盡可能的分布在直線的兩側(cè),但若遇到個(gè)別偏離較遠(yuǎn)的點(diǎn)可舍去。
作業(yè)布置
課后練習(xí)和同步練習(xí)
謝謝
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4.2 探究加速度與質(zhì)量,合力的關(guān)系
一、單選題
1.物理學(xué)是研究物質(zhì)運(yùn)動(dòng)最一般規(guī)律和物質(zhì)基本結(jié)構(gòu)的學(xué)科,在物理學(xué)的探索和發(fā)現(xiàn)過程中,科學(xué)家們運(yùn)用了許多研究方法如:理想實(shí)驗(yàn)法、控制變量法、極限思想法、類比法、科學(xué)假說法和建立物理模型法等。以下關(guān)于物理學(xué)研究方法的敘述中正確的是
A.在不需要考慮物體本身的大小和形狀時(shí),用質(zhì)點(diǎn)來代替物體的方法是微元法
B.在探究加速度、力和質(zhì)量三者之間的關(guān)系時(shí),先保持質(zhì)量不變研究加速度與力的關(guān)系,再保持力不變研究加速度與質(zhì)量的關(guān)系,這里運(yùn)用了假設(shè)法
C.在推導(dǎo)勻變速直線運(yùn)動(dòng)位移公式時(shí),把整個(gè)運(yùn)動(dòng)過程劃分成很多小段,每一小段近似看作勻速直線運(yùn)動(dòng),再把各小段位移相加,這里運(yùn)用了理想模型法
D.根據(jù)速度定義式,當(dāng)Δt→0時(shí),就可以表示物體在t時(shí)刻的瞬時(shí)速度,該定義運(yùn)用了極限思維法
2.在利用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器探究加速度與力、質(zhì)量關(guān)系的實(shí)驗(yàn)中,以下做法正確的是( )
A.平衡摩擦力時(shí),應(yīng)將重物用細(xì)繩通過定滑輪系在小車上
B.每次改變小車的質(zhì)量時(shí),不需要重新平衡摩擦力
C.實(shí)驗(yàn)時(shí),先放開小車,后接通電源
D.“重物的質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量”這一條件如不滿足,對(duì)探究過程也不會(huì)產(chǎn)生影響
3.某小組利用如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置做“探究加速度與力、物體質(zhì)量關(guān)系”的實(shí)驗(yàn).實(shí)驗(yàn)中平衡摩擦力后,他們還調(diào)節(jié)木板上定滑輪,使?fàn)恳≤嚨募?xì)線與木板平行,這樣做的目的是
A.避免小車在運(yùn)動(dòng)過程中發(fā)生抖動(dòng)
B.使打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上打出的點(diǎn)跡清晰
C.保證小車最終能夠做勻速直線運(yùn)動(dòng)
D.使細(xì)線拉力等于小車受到的合力
4.“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示.實(shí)驗(yàn)中,為使小車運(yùn)動(dòng)時(shí)所受的拉力近似等于盤和重物的總重力,則盤和重物的總質(zhì)量m與小車的質(zhì)量M應(yīng)滿足的關(guān)系是( )
A.m遠(yuǎn)大于M B.m遠(yuǎn)小于M C.m略大于M D.m略小于M
5.探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系實(shí)驗(yàn)中,以下做法正確的是()
A.平衡摩擦力的方法是:在長木板的不帶滑輪的一端下面墊一塊較薄的小木板,反復(fù)移動(dòng)它,直到小車可以保持勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)
B.平衡摩擦力時(shí),應(yīng)將裝砂的小桶用細(xì)繩通過定滑輪系在小車上
C.每次給小車加放砝碼,由于研究對(duì)象質(zhì)量改變,運(yùn)動(dòng)中所受摩擦力發(fā)生改變,所以應(yīng)重新平衡摩揀力
D.由于小車受到的拉力越大,加速度越大,為盡量多測(cè)量數(shù)據(jù),可以換用大的砂桶,用多裝些砂的方法增大拉力,來增大加速度
6.在“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)中,某同學(xué)在坐標(biāo)紙上畫出四張關(guān)系圖線。其中作圖正確的是(  )
A. B.
C. D.
二、多選題
7.某班級(jí)同學(xué)用如圖所示的裝置驗(yàn)證加速度a和力F、質(zhì)量m的關(guān)系。甲、乙兩輛小車放在傾斜軌道上,小車甲上固定一個(gè)力傳感器,小車乙上固定一個(gè)加速度傳感器(可以測(cè)量乙在任意時(shí)刻的加速度大小),力傳感器和小車乙之間用一根不可伸長的細(xì)線連接,在彈簧拉力的作用下兩輛小車一起開始運(yùn)動(dòng),利用兩個(gè)傳感器可以采集記錄同一時(shí)刻小車乙受到的拉力和加速度的大小。下列關(guān)于實(shí)驗(yàn)裝置和操作的說法中正確的是( )
A.軌道傾斜是為平衡小車甲受到的摩擦力 B.軌道傾斜是為平衡小車乙受到的摩擦力
C.在小車乙向下運(yùn)動(dòng)過程中均可采集數(shù)據(jù) D.只能在小車乙加速運(yùn)動(dòng)過程中采集數(shù)據(jù)
第II卷(非選擇題)
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三、實(shí)驗(yàn)題
8.在“探究加速度與力的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)中,某同學(xué)利用圖甲中的力傳感器測(cè)出細(xì)線的拉力,通過改變鉤碼的個(gè)數(shù)改變細(xì)線拉力。
(1)如圖乙所示為實(shí)驗(yàn)中得到的一條紙帶,相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間有四個(gè)點(diǎn)未標(biāo)出,打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所接電源的頻率為50Hz,則打B點(diǎn)時(shí)小車的速度大小為vB=___________m/s,小車的加速度大小a=___________m/s2。
(2)實(shí)驗(yàn)中描繪出a—F圖像如圖丙所示,圖像不過原點(diǎn)的原因是___________。
9.如圖所示是某同學(xué)探究加速度與力的關(guān)系的實(shí)驗(yàn)裝置。他在氣墊導(dǎo)軌上安裝了一個(gè)光電門B,滑塊上固定一寬度為d的遮光條,滑塊用細(xì)線繞過氣墊導(dǎo)軌左端的定滑輪與力傳感器相連,傳感器下方懸掛鉤碼,每次滑塊都從A處由靜止釋放。
(1)下列不必要的一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)要求是_____(請(qǐng)?zhí)顚戇x項(xiàng)前對(duì)應(yīng)的字母)。
A.應(yīng)使A位置與光電門間的距離適當(dāng)大些
B.應(yīng)將氣墊導(dǎo)軌調(diào)節(jié)水平
C.應(yīng)使細(xì)線與氣墊導(dǎo)軌平行
D.應(yīng)使滑塊質(zhì)量遠(yuǎn)大于鉤碼和力傳感器的總質(zhì)量
(2)實(shí)驗(yàn)時(shí),將滑塊從A位置由靜止釋放,由數(shù)字計(jì)時(shí)器讀出遮光條通過光電門B的時(shí)間t,若要得到滑塊的加速度,還需要測(cè)量的物理量是_____。
10.某同學(xué)用圖甲所示的實(shí)驗(yàn)裝置驗(yàn)證牛頓第二定律:
(1)通過實(shí)驗(yàn)得到如圖乙所示的圖象,造成這一結(jié)果的原因是:在平衡摩擦力時(shí)木板與水平桌面的夾角___________(選填“偏大”或“偏小”)。
(2)該同學(xué)在正確平衡摩擦力后重新進(jìn)行實(shí)驗(yàn),實(shí)際小車在運(yùn)動(dòng)過程中所受的拉力將__________砝碼和盤的總重力(填“大于”、“小于”或“等于”),為了便于探究、減小誤差,應(yīng)使小車質(zhì)量與砝碼和盤的總質(zhì)量滿足___________的條件。
(3)該同學(xué)得到如圖丙所示的紙帶已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器電源頻率為。、、、、、、是紙帶上7連續(xù)打出的7個(gè)點(diǎn)。考慮__________,由此可算出小車的加速度_________(加速度結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)。
11.為了探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系,某同學(xué)利用如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置,探究小車質(zhì)量一定時(shí)加速度與合外力之間的關(guān)系,圖中上下兩層水平軌道,細(xì)線跨過滑輪并掛上砝碼盤.若可將砝碼和砝碼盤的總重力作為小車所受合力,須滿足條件____________________________________________________________________;兩小車尾部細(xì)線連到控制裝置上,實(shí)驗(yàn)時(shí)通過控制裝置使兩小車同時(shí)開始運(yùn)動(dòng),并同時(shí)停止.
該同學(xué)測(cè)量了兩小車的位移為,則__________.
12.某實(shí)驗(yàn)小組利用如圖甲所示的實(shí)驗(yàn)裝置來探究當(dāng)合外力一定時(shí),物體運(yùn)動(dòng)的加速度與其質(zhì)量之間的關(guān)系。
(1)已知兩個(gè)光電門中心之間的距離x=24cm,遮光條的寬度d=0.52cm。該實(shí)驗(yàn)小組在做實(shí)驗(yàn)時(shí),將滑塊從如圖所示位置由靜止釋放,由數(shù)字計(jì)時(shí)器可以讀出遮光條通過光電門1的時(shí)間Δt1,遮光條通過光電門2的時(shí)間Δt2,則滑塊經(jīng)過光電門1時(shí)的瞬時(shí)速度的表達(dá)式v1=_____,滑塊經(jīng)過光電門2時(shí)的瞬時(shí)速度的表達(dá)式v2=_____,則滑塊的加速度的表達(dá)式a=_____。(以上表達(dá)式均用字母表示)
(2)在本次實(shí)驗(yàn)中,實(shí)驗(yàn)小組通過改變滑塊質(zhì)量總共做了6組實(shí)驗(yàn),得到如表所示的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),通過分析表中數(shù)據(jù),你得出的結(jié)論是___________。
m/g 250 300 350 400 500 800
a/(m·s-2) 2.02 1.65 1.33 1.25 1.00 0.63
/kg-1 4.00 3.33 2.86 2.50 2.00 1.25
(3)現(xiàn)需通過圖像進(jìn)一步驗(yàn)證你的結(jié)論,請(qǐng)利用表格數(shù)據(jù),在圖乙坐標(biāo)系中描點(diǎn)并作出相應(yīng)的圖像____________。
參考答案
1.D
【詳解】
A中采用了理想模型法;B中采用控制變量法;C中采用了微元法;D中是極限思維法;
故選D.
2.B
【解析】
試題分析:在該實(shí)驗(yàn)中,平衡摩擦是靠抬高斜面,并且不能在外界作用力下平衡摩擦力的,所以A說法錯(cuò)誤.在平衡摩擦過程中,重力的分力、已知滑動(dòng)摩擦力是成比例變化的,因此跟質(zhì)量多少無關(guān),并不比每次都要平衡摩擦力,所以B理解正確.實(shí)驗(yàn)正確順序是先開電源,在釋放小車,所以C錯(cuò)誤.小車在下滑過程中,但如果時(shí),,操作過程中都是用重物重力充當(dāng)外力,因此為了保證實(shí)驗(yàn)精度,必須要滿足,D理解不對(duì),答案為B.
考點(diǎn):探究加速度與力、質(zhì)量關(guān)系的實(shí)驗(yàn)的注意事項(xiàng)
點(diǎn)評(píng):此類題型常常出現(xiàn),在探究加速度與力、質(zhì)量關(guān)系的實(shí)驗(yàn)過程中,需要準(zhǔn)備較多,例如平衡摩擦、如何判斷是否平衡好了,如何利用控制變量法做實(shí)驗(yàn),如何處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)等.
3.D
【詳解】
使?fàn)恳≤嚨募?xì)繩與木板平行.這樣做的目的是可在平衡摩擦力后使用細(xì)繩拉力等于小車受的合力.故選D.
4.B
【詳解】
以整體為研究對(duì)象,根據(jù)牛頓第二定律有:,解得:,以M為研究對(duì)象,得繩子的拉力為: ,顯然要有F=mg,必有,即只有時(shí)才可以認(rèn)為繩對(duì)小車的拉力大小等于盤和盤中砝碼的重力.故選B.
【點(diǎn)睛】
本題主要考查了牛頓第二定律的直接應(yīng)用,注意整體法和隔離法的應(yīng)用,難度不大,屬于基礎(chǔ)題.
5.A
【詳解】
A.平衡摩擦力的方法是:在長木板的不帶滑輪的一端下面墊一塊較薄的小木板,反復(fù)移動(dòng)它,直到小車可以保持勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài),故A正確;
B.平衡摩擦力時(shí),應(yīng)將繩從小車上拿去,輕輕推動(dòng)小車,小車沿木板運(yùn)動(dòng),通過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出來的紙帶判斷小車是否勻速運(yùn)動(dòng),故B錯(cuò)誤;
C.每次改變小車的質(zhì)量時(shí),小車的重力沿斜面分力和摩擦力仍能抵消,不需要重新平衡摩擦力,故C錯(cuò)誤;
D.實(shí)驗(yàn)時(shí),如果換用大的砂桶,用多裝些砂的方法增大拉力,則由于小車運(yùn)動(dòng)較快,可能會(huì)使打出來的點(diǎn)很少,不利于數(shù)據(jù)的采集和處理;同時(shí)本實(shí)驗(yàn)要求小桶的總質(zhì)量要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量,沙筒的質(zhì)量太大,不一定滿足該條件,故D錯(cuò)誤。
故選A。
6.A
【詳解】
根據(jù)牛頓第二定律,則
圖線是過原點(diǎn)的直線。
故選A。
7.BD
【詳解】
AB.本實(shí)驗(yàn)是研究小車乙的加速度a和力F、質(zhì)量m的關(guān)系,所以軌道傾斜是為了平衡小車乙受到的摩擦力,故A錯(cuò)誤,B正確。
CD.實(shí)驗(yàn)中,只能在小車乙加速運(yùn)動(dòng)的過程中采集數(shù)據(jù),故C錯(cuò)誤,D正確。
故選BD
8.0.416或0.42 1.48或 1.5 沒有平衡摩擦力
【詳解】
(1)[1]已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器電源頻率為,則紙帶上相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔為:
點(diǎn)對(duì)應(yīng)的速度為:

[2]根據(jù)可得:

小車運(yùn)動(dòng)的加速度為:

(2)[3]實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)平衡摩擦力,沒有平衡摩擦力或平衡摩擦力不足,圖象在F軸上有截距。
9.D A位置到光電門的距離L
【詳解】
(1)[1]A.位置與光電門間的距離適當(dāng)大些可以減小測(cè)量誤差,故A正確;
B.應(yīng)將氣墊導(dǎo)軌調(diào)節(jié)水平,使細(xì)線對(duì)滑塊的拉力等于滑塊受到的合力,故B正確;
C.應(yīng)使細(xì)線與氣墊導(dǎo)軌平行,從而使細(xì)線對(duì)滑塊的拉力等于滑塊受到的合力,故C正確;
D.細(xì)線對(duì)滑塊的拉力可以直接通過力傳感器測(cè)量,不需要滿足滑塊的質(zhì)量遠(yuǎn)大于鉤碼和力傳感器的總質(zhì)量這一條件,故D錯(cuò)誤。
故選D。
(2)[2]根據(jù)勻變速直線運(yùn)動(dòng)的規(guī)律,滑塊經(jīng)過光電門時(shí)的瞬時(shí)速度可近似認(rèn)為是滑塊經(jīng)過光電門的平均速度,根據(jù),若要得到滑塊的加速度,還需要測(cè)量的物理量是A位置到光電門的距離L。
10.偏大 小于 小車質(zhì)量M與砝碼和盤的總質(zhì)量m滿足的條件 1.80 5.0
【詳解】
(1)[1]當(dāng)拉力F等于0時(shí),小車已經(jīng)產(chǎn)生力加速度,故原因是平衡摩擦力時(shí)平衡摩擦力過大,在平衡摩擦力時(shí)木板與水平桌面間的傾角偏大。
(2)[2]小車運(yùn)動(dòng)過程中,砝碼和盤向下做加速運(yùn)動(dòng)處于失重狀態(tài),砝碼和盤對(duì)細(xì)線的拉力小于其重力,小車在運(yùn)動(dòng)過程中受到的拉力小于砝碼和盤的總重力。
[3]對(duì)整體分析,根據(jù)牛頓第二定律得
解得
則繩子的拉力
當(dāng),即砝碼和盤的總質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車和小車上砝碼的總質(zhì)量時(shí),砝碼和盤的總重力在數(shù)值上近似等于小車運(yùn)動(dòng)時(shí)受到的拉力,所以為了便于探究、減小誤差,應(yīng)使小車質(zhì)量M與砝碼和盤的總質(zhì)量m滿足的條件。
(3)[4]刻度尺上讀出A、D、G三點(diǎn)的位置,可得
[5]計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔為T,由勻變速直線運(yùn)動(dòng)的推論△x=aT2可知,加速度
11.使砝碼和砝碼盤的總質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車質(zhì)量
【詳解】
[1].若可將砝碼和砝碼盤的總重力作為小車所受合力,繩中拉力約等于砝碼和砝碼盤的總重力,此時(shí)需滿足使砝碼和砝碼盤的總質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車質(zhì)量.
[2].使兩小車同時(shí)開始運(yùn)動(dòng),并同時(shí)停止,兩車運(yùn)動(dòng)的位移


12. 當(dāng)合外力一定時(shí),物體運(yùn)動(dòng)的加速度跟物體的質(zhì)量成反比
【詳解】
(1)[1][2][3]遮光條的寬度很小,遮光條通過光電門的時(shí)間極短,遮光條在極短時(shí)間內(nèi)的運(yùn)動(dòng)可看成勻速運(yùn)動(dòng),故通過兩光電門的瞬時(shí)速度分別為
v1=
v2=
遮光條從光電門2到光電門1做勻加速直線運(yùn)動(dòng),由
可得
(2)[4]當(dāng)合外力一定時(shí),在誤差允許的范圍內(nèi),物體質(zhì)量和加速度的乘積近似相等,所以加速度跟質(zhì)量成反比。
(3)[5]如圖所示。
過關(guān)訓(xùn)練

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