物理人教必修1同步教學(xué)案：第4章牛頓運動定律：第2節(jié) 實驗：探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系
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111 第2節(jié) 實驗：探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系 1．物體運動狀態(tài)變化的快慢，也就是物體__________的大小，與物體的________有關(guān)，還與物體____________有關(guān)．物體的質(zhì)量一定時，受力越大，其加速度就________；物體的受力一定時，質(zhì)量越小，加速度就________． 2．探究加速度與力的定量關(guān)系時，應(yīng)保持物體________不變，測量物體在____________的加速度；探究加速度與質(zhì)量的關(guān)系時，應(yīng)保持物體________不變，測量不同質(zhì)量的物體在____________的加速度，這種研究問題的方法叫______法． 3．測量物體的加速度可以用刻度尺測量________，并用秒表測量________，由公式____________算出．也可以在運動物體上安裝一條通過打點計時器的紙帶，根據(jù)____________來測量加速度． 4．在該探究實驗中，我們猜想物體的加速度與它所受的力成________，與質(zhì)量成________，然后根據(jù)實驗數(shù)據(jù)作出________圖象和________圖象，都應(yīng)是過原點的直線． 5．在“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”的實驗中，備有下列器材： A．打點計時器 B．天平(附帶砝碼) C．低壓交流電源 D．小盤、砝碼 E．導(dǎo)線、細(xì)繩 F．小車 G．一端帶有滑輪的長木板 H．夾子 其中，還缺少的器材是________________． 6．在“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”的實驗中，研究作用力一定，加速度與質(zhì)量成反比的結(jié)論時，下列說法中錯誤的是( ) A．平衡摩擦力時，應(yīng)將放有重物的小盤用細(xì)繩通過定滑輪系在小車上 B．每次改變小車質(zhì)量時，不需要重新平衡摩擦力 C．實驗時，先放開小車，再接通打點計時器的電源 D．在小車中增減砝碼，應(yīng)使小車和砝碼的總質(zhì)量遠(yuǎn)大于小盤和重物的總質(zhì)量 7．如果a－F的圖象是通過坐標(biāo)原點的一條直線，說明物體的加速度a與施加在物體上的力是________關(guān)系；如果a－的圖象是通過坐標(biāo)原點的一條直線，說明物體的加速度a與物體的質(zhì)量是________關(guān)系． 【概念規(guī)律練】 知識點一 實驗的操作 1．在采用如圖1所示的實驗探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系時，按實驗要求安裝好器材后，應(yīng)按一定的步驟進(jìn)行實驗，下列給出供選擇的操作步驟： 圖1 A．保持小盤和重物的質(zhì)量不變，在小車?yán)锛禹来a，測出加速度，重復(fù)幾次 B．保持小車質(zhì)量不變，改變小盤中重物的質(zhì)量，測出加速度，重復(fù)幾次 C．用天平測出小車和砂子的質(zhì)量 D．在長木板沒有定滑輪的一端墊上厚度合適的墊木，平衡摩擦力 E．根據(jù)測出的數(shù)據(jù)，分別畫出加速度和力的關(guān)系圖線及加速度和質(zhì)量的倒數(shù)關(guān)系圖線 F．用停表測出小車運動的時間 G．將放有重物的小盤用細(xì)線通過定滑輪系到小車上，接通電源，釋放小車，在紙帶上打出一系列的點 以上步驟中，不必要的步驟是__________，正確步驟的合理順序是________．(填寫代表字母) 2．在“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”的實驗中，關(guān)于平衡摩擦力的說法中正確的是( ) A．“平衡摩擦力”的本質(zhì)就是想法讓小車受到的摩擦力為零 B．“平衡摩擦力”的本質(zhì)就是使小車所受的重力的下滑分力與所受到的摩擦阻力相平衡 C．“平衡摩擦力”的目的就是要使小車所受的合力等于所掛重物通過細(xì)繩對小車施加的拉力 D．“平衡摩擦力”時應(yīng)將小車在重物通過細(xì)繩和滑輪而拉動小車過程中進(jìn)行調(diào)整 E．“平衡摩擦力”是否成功，可由小車施動而由打點計時器打出的紙帶上的點跡間距是否均勻而確定 知識點二 加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系 3．某同學(xué)在實驗中保持拉力不變，得到了小車加速度隨質(zhì)量變化的一組數(shù)據(jù)，如下表所示 實驗 次數(shù) 加速度a/ms－2 小車與砝碼 總質(zhì)量m/kg 小車與砝碼 總質(zhì)量的倒 數(shù)m－1/kg－1 1 0.29 0.20 5.0 2 0.25 0.25 4.0 3 0.22 0.30 3.3 4 0.18 0.35 2.9 5 0.16 0.40 2.5 請你在圖2方格中建立合適坐標(biāo)系并畫出能直觀反映出加速度與質(zhì)量關(guān)系的圖線． 圖2 【方法技巧練】 一、用圖象法分析物理量之間的關(guān)系 4．如圖3所示為某些同學(xué)根據(jù)實驗數(shù)據(jù)畫出的圖象，下列說法中正確的是( ) 圖3 A．形成圖甲的原因是平衡摩擦力時長木板傾角過大 B．形成圖乙的原因是平衡摩擦力時長木板傾角過小 C．形成圖丙的原因是平衡摩擦力時長木板傾角過大 D．形成圖丁的原因是平衡摩擦力時長木板傾角過小 二、實驗數(shù)據(jù)的處理技巧 5. 圖4 如圖4所示，在探究加速度和力、質(zhì)量關(guān)系的實驗中，若1、2兩個相同的小車所受拉力分別為F1、F2，車中所放砝碼的質(zhì)量分別為m1、m2，打開夾子后經(jīng)過相同的時間兩車的位移分別為x1、x2，則在實驗誤差允許的范圍內(nèi)，有( ) A．當(dāng)m1＝m2、F1＝2F2時，x1＝2x2 B．當(dāng)m1＝m2、F1＝2F2時，x2＝2x1 C．當(dāng)F1＝F2、m1＝2m2時，x1＝2x2 D．當(dāng)F1＝F2、m1＝2m2時，x2＝2x1 6．用斜面、小車、小盤、砝碼等器材做“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”實驗，圖5是實驗中一條打完點的紙帶，相鄰計數(shù)點的時間間隔為T，且間距x1、x2、x3、x4、x5、x6已量出． 圖5 圖6 (1)請寫出三個不同的計算加速度的表達(dá)式． (2)如圖6(a)所示，為甲同學(xué)根據(jù)測量數(shù)據(jù)畫出的a－F圖線，表明實驗的問題是________________________________________________________________________． (3)乙、丙兩同學(xué)用同一裝置實驗，畫出了各自得到的a－F圖線如圖(b)所示，說明兩個同學(xué)做實驗時的哪一個物理量取值不同？并比較其大?。? 1．在本實驗中，下列說法中正確的是( ) A．平衡摩擦力時，小盤應(yīng)用細(xì)線通過定滑輪系在小車上，但小盤內(nèi)不能裝重物 B．實驗中無需始終保持小車和砝碼的質(zhì)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于盤和重物的質(zhì)量 C．實驗中如用縱坐標(biāo)表示加速度，用橫坐標(biāo)表示小車和車內(nèi)砝碼的總質(zhì)量，描出相應(yīng)的點在一條直線上時，即可證明加速度與質(zhì)量成反比 D．平衡摩擦力時，小車后面的紙帶必須連好，因為運動過程中紙帶也要受到阻力 2．在“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”的實驗中，下列說法中正確的是( ) A．為了減小實驗誤差，懸掛物的質(zhì)量應(yīng)遠(yuǎn)小于小車和砝碼的總質(zhì)量 B．為減小小車、紙帶受到摩擦力對實驗的影響，需把小車運動平面起始端略墊高 C．實驗結(jié)果采用描點法畫圖象，是為了減小誤差 D．實驗結(jié)果采用a－坐標(biāo)作圖，是為了根據(jù)圖象直觀地作出判斷 3．在探究牛頓第二定律的實驗中，我們利用了“控制變量法”．當(dāng)保持外力不變的情況下，由實驗得出a－圖象是通過原點的一條直線，這說明( ) A．物體的加速度大小與質(zhì)量成正比 B．物體的加速度大小與質(zhì)量成反比 C．物體的質(zhì)量與加速度大小成正比 D．物體的質(zhì)量與加速度大小成反比 4．利用如圖7甲所示的裝置探究“質(zhì)量一定，加速度與力的定量關(guān)系”實驗時，甲同學(xué)根據(jù)實驗數(shù)據(jù)畫出的小車加速度a和小車所受拉力F的圖象如圖乙中的直線Ⅰ所示，乙同學(xué)畫出的a－F圖象如圖乙中的直線Ⅱ所示．直線Ⅰ、Ⅱ在兩個坐標(biāo)軸上的截距都比較大，明顯超出了誤差范圍，下面關(guān)于形成這種狀況原因的解釋正確的是( ) 圖7 A．實驗前甲同學(xué)沒有平衡摩擦力 B．甲同學(xué)在平衡摩擦力時，把長木板不帶滑輪的一端墊得過高了 C．實驗前乙同學(xué)沒有平衡摩擦力 D．乙同學(xué)在平衡摩擦力時，把長木板不帶滑輪的一端墊得過高了 題 號 1 2 3 4 答 案 5.用圖8所示裝置探究“加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”的實驗中： 圖8 (1)某同學(xué)在接通電源進(jìn)行實驗之前，將實驗器材組裝如圖所示．請你指出該裝置中錯誤或不妥之處：________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________. (2)改正實驗裝置后，該同學(xué)順利地完成了實驗．圖9是他在實驗中得到的一條紙帶，圖中相鄰兩計數(shù)點之間的時間間隔為0.1 s，由圖中的數(shù)據(jù)可算出小車的加速度a為________m/s2. 圖9 6．某次實驗測得如下數(shù)據(jù)：當(dāng)m一定時a與F的關(guān)系如表一所示；當(dāng)F一定時，a和的關(guān)系如表二所示． 表一 F/N 1.00 2.00 3.00 4.00 a/(ms－2) 1.90 3.95 5.85 7.62 表二 /kg－1 0.52 0.67 0.80 1.00 a/(ms－2) 1.51 2.10 2.49 3.10 (1)在圖10所示的相應(yīng)坐標(biāo)系中分別作出表一、表二所給數(shù)據(jù)確定物理量的圖線． 圖10 (2)在研究a與m的關(guān)系時，作了a－的圖線，而沒作a－m的圖線，那么作a－的圖線有何優(yōu)點？ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________. 第2節(jié) 實驗：探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系 課前預(yù)習(xí)練 1．加速度 質(zhì)量 受力的大小 越大 越大 2．質(zhì)量 不同外力作用下 受力 該力作用下 控制變量 3．位移 時間 a＝ 紙帶打出的點 4．正比 反比 a－F a－ 5．紙帶和復(fù)寫紙片 6．AC [平衡摩擦力時不應(yīng)掛放有重物的小盤，只需將小車放在長木板上，使長木板不帶滑輪的一端墊高，當(dāng)小車剛好能勻速運動時，即平衡了摩擦力，A選項錯誤．當(dāng)改變小車質(zhì)量時，小車重力沿斜面向下的分力、摩擦力都跟質(zhì)量成正比地改變，一次平衡后，就不用再平衡了，B選項正確．實驗時應(yīng)先接通電源，讓打點計時器正常工作，再放開小車，才能打出完整的紙帶，C選項錯誤．在小車減少砝碼時，必須保證小車的質(zhì)量遠(yuǎn)大于小盤和重物的總質(zhì)量，才能近似使小車受到的牽引力等于小盤和重物的重力，D選項正確．] 7．正比 反比 解析 如果a－F的圖象是通過坐標(biāo)原點的一條直線，說明物體的加速度a與施加在物體上的力是正比關(guān)系；如果a－的圖象是通過坐標(biāo)原點的一條直線，說明物體的加速度a與物體的質(zhì)量是反比關(guān)系． 課堂探究練 1．F DCGBAE 解析 打點計時器本身是計時儀器，小車運動時間可由紙帶上的點數(shù)來確定，故不用停表計時；在本實驗中應(yīng)首先平衡摩擦力才可去做實驗． 2．BCE [在小車的運動過程中受到的摩擦阻力是永恒存在、無法使之為零的，故A選項錯誤．平衡摩擦力的實質(zhì)就是讓小車軌道具有合適的傾角而成為一個斜面，從而使小車所受的重力的下滑分力mgsin θ與摩擦阻力Ff相平衡，進(jìn)而使小車所受的合力等于所掛的重物通過細(xì)繩和滑輪對小車施加的拉力，故B、C兩選項正確．平衡摩擦力時必須在不掛重物時，讓小車拖動紙帶自由運動時進(jìn)行調(diào)整(即調(diào)整軌道斜面傾角)，直至所打出的紙帶上的點跡均勻分布為止，故E選項正確而D選項錯誤．] 3．見解析 解析 “a與m成反比”實際上就是“a與成正比”，以a為縱坐標(biāo)，以為橫坐標(biāo)建立坐標(biāo)系，選取適當(dāng)?shù)臉?biāo)度，描出坐標(biāo)點，連線得到圖象如下圖所示． 4．AD [題中甲圖是平衡摩擦力時長木板傾角過大，牽引力為零時，小車已有加速度，丙圖是平衡摩擦力時長木板傾角過小，所以A對，C錯；丁圖是平衡摩擦力時長木板傾角過小，導(dǎo)致圖線不過原點，有一定拉力后才有加速度，乙圖是平衡摩擦力時長木板傾角過大，所以B錯，D對．] 5．AD 6．(1)a＝ a＝ a＝ (2)沒有平衡摩擦力或平衡摩擦力不夠 (3)兩小車及車上的砝碼的質(zhì)量不同，且m乙下載提示(請認(rèn)真閱讀)
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