2019學(xué)年高一物理同步精品課堂(基礎(chǔ)版)：(預(yù))專題4.2實(shí)驗(yàn)：探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系(解析版)

1、2019 學(xué)年新物理人教版必修 1 同步精品課堂第四章 牛頓運(yùn)動(dòng)定律4.2 實(shí)驗(yàn)探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系【學(xué)習(xí)目標(biāo)】1學(xué)會(huì)用控制變量法研究物理規(guī)律.12.會(huì)測(cè)量加速度、力和質(zhì)量，能作出物體運(yùn)動(dòng)的aF、a石圖象3.通過實(shí)驗(yàn)探究加速度與力、質(zhì)量的定量關(guān)系.【自主學(xué)習(xí)】一、實(shí)驗(yàn)器材小車、砝碼、小桶、砂、細(xì)線、一端附有定滑輪的長(zhǎng)木板、墊木、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、_紙帶、_、_。二、實(shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)的基本思想控制變量法1._保持研究對(duì)象即小車的 _ 不變，改變小桶內(nèi)砂的質(zhì)量，即改變 _ ，測(cè)出小車的對(duì)應(yīng)加速度，驗(yàn)證加速度是否正比于作用力.2保持小桶中砂的質(zhì)量不變，即保持 _ 不變，改變研究對(duì)象的 _ ，測(cè)出對(duì)應(yīng)不同

2、質(zhì)量的加速度，驗(yàn)證加速度是否反比于質(zhì)量.三、實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)1.三個(gè)物理量的測(cè)量方法 一一近似法本實(shí)驗(yàn)的研究對(duì)象：放在長(zhǎng)木板上的小車在拉力的作用下做勻加速直線運(yùn)動(dòng).（裝置如圖所示）.利用_ 測(cè)出，在小車上_ 砝碼可改變小車的質(zhì)量.拉力的測(cè)量當(dāng)小桶和砂的質(zhì)量_ 小車的質(zhì)量時(shí)，可以認(rèn)為小桶和砂的重力近似等于對(duì)小車的拉力，即Fmg.(3)加速度的測(cè)量：逐差法.2.實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理方法一一圖象法、化曲為直”法(1)研究加速度a和力F的關(guān)系以加速度a為縱坐標(biāo)，以力F為橫坐標(biāo)，根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)描點(diǎn)，然后作出圖象，如圖所示，若 圖象是一條 ，就能說明a與F成正比.(2)研究加速度a與物體質(zhì)量m的關(guān)系圖如圖甲所示，因

3、為am圖象是曲線，檢查am圖象是不是雙曲線，就能判斷它們之間是不是反比例關(guān)系，但檢查這條曲線是不是雙曲線，相當(dāng)困難若a和m成反比，則a與丄必m11成.我們米取化曲為直的方法，以a為縱坐標(biāo)，以一為橫坐標(biāo)，作出a一圖mm11象，若a丄圖象是一條直線，如圖乙所示，說明a與丄成，即a與mmm1用天平測(cè)出小車的質(zhì)量M，并把數(shù)值記錄下來.2按圖4所示的裝置把實(shí)驗(yàn)器材安裝好.四、實(shí)驗(yàn)步驟3平衡摩擦力：在長(zhǎng)木板不帶定滑輪的一端下面墊一木塊，多次移動(dòng)木塊位置，直到輕推小車，使小車在斜面上運(yùn)動(dòng)時(shí)可保持勻速直線運(yùn)動(dòng)為止.4在小桶里放入適量的砂，在小車上加放適量的砝碼，用天平測(cè)出小桶和砂的質(zhì)量m,并記錄下來接通電源，

4、放開小車，待打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上打好點(diǎn)后取下紙帶.5.保持小車的質(zhì)量不變，改變砂和小桶的質(zhì)量，按步驟4再做5次實(shí)驗(yàn).6在每條紙帶上選取一段比較理想的部分，算出每條紙帶對(duì)應(yīng)的加速度的值并記錄在表格的相應(yīng)位置.次數(shù)123456小車加速度2a/(m s )砂和小桶的質(zhì)量m/kg拉力F/N7用縱坐標(biāo)表示加速度，橫坐標(biāo)表示作用力，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果畫出小車運(yùn)動(dòng)的a-F圖象，從而得出a-F的關(guān)系.&保持砂和小桶的質(zhì)量不變，在小車上加放砝碼，重復(fù)上面的實(shí)驗(yàn)，求出相應(yīng)的加速度，1并設(shè)計(jì)表格如下根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果畫出小車運(yùn)動(dòng)的a 土圖象，從而得出a-M的關(guān)系.M次數(shù)123456小車加速度2a/(m s )小車質(zhì)量M/

5、kg1-1M/kg9.整理實(shí)驗(yàn)器材，結(jié)束實(shí)驗(yàn).五、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)，不要懸掛小桶，但小車應(yīng)連著紙帶且接通電源用手輕輕地給小車一 個(gè)初速度，如果在紙帶上打出的點(diǎn)的間隔均勻，表明小車受到的阻力跟它受到的重力沿斜面 向下的分力平衡.3改變砂的質(zhì)量過程中，要始終保證砂桶(包括砂)的質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量.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.自我檢測(cè)1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：（1）_實(shí)驗(yàn)環(huán)境的等效法：；（2）_實(shí)驗(yàn)條件設(shè)計(jì)的科學(xué)方法：；實(shí)驗(yàn)

6、原理的簡(jiǎn)化： _，即當(dāng)小車質(zhì)量M車？m沙時(shí)，細(xì)繩對(duì)小車的拉力大小近似等于沙及桶的總重力m沙g;（4）實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理的科學(xué)方法： _ ；1由aM車圖象轉(zhuǎn)化為a圖象，所用的科學(xué)方法： _ 。M車（以上各題均選填理想實(shí)驗(yàn)法”、圖象法”、平衡摩擦力法”、化曲為直法”、控制變量法 或近似法”）【答案】（1）平衡摩擦力法（2）控制變量法（3）近似法（4）圖象法（5）化曲為直法【解析】（1）由于小車運(yùn)動(dòng)愛到摩揀阻力所以要進(jìn)行平衡摩搏力，以誠小實(shí)臉誤差，稱為平衡摩擾力法，（2）在探究加速度、力與質(zhì)量三者關(guān)系時(shí)，先保持其中一個(gè)量不變，來探究其他兩個(gè)量之間的關(guān)系，稱為控制孌量法；當(dāng)小車庚量丄心朋二時(shí)，細(xì)繩對(duì)小車的拉

7、力大小近似等于沙及桶的總重力鍛洛稱為近飭卻（4）通過圖象研究實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，稱為團(tuán)象擊在作曲辦由團(tuán)象轉(zhuǎn)化為&轉(zhuǎn)化為直線稱為化曲為直法。2.在探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系實(shí)驗(yàn)中，某組同學(xué)用如圖 質(zhì)量不變的情況下，小車的加速度與小車受到力的關(guān)系。（1）圖2是實(shí)驗(yàn)中獲取的一條紙帶的一部分，其中0、1、2、3、4是計(jì)數(shù)點(diǎn)，每相鄰兩計(jì)數(shù)點(diǎn)間還有4個(gè)點(diǎn)（圖中未標(biāo)出），計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離如圖所示，打1所示裝置，來研究小車“3計(jì)數(shù)點(diǎn)時(shí)小車的速度大小為圖象，使圖線由曲線結(jié)果均保留2位有效數(shù)字）_m/s，由紙帶求出小車的加速度的大小為a=_m/s2。（計(jì)算(2)_下列措施中不正確的是。A.首先要平衡摩擦力，使小車受

8、到的合力就是細(xì)繩對(duì)小車的拉力B平衡摩擦力的方法就是在塑料小桶中添加砝碼，使小車能勻速滑動(dòng)C每次改變拉小車的拉力后都需要重新平衡摩擦力D.實(shí)驗(yàn)中通過在塑料桶中增加砝碼來改變小車受到的拉力1某組同學(xué)由實(shí)驗(yàn)得出數(shù)據(jù)，畫出的a厲的關(guān)系圖線，如圖3所示，從圖象中可以看出，作用在小車上的恒力F=_N。當(dāng)小車的質(zhì)量為5kg時(shí)，它的加速度為_m/s2。【答案】(1)0.26 0.50 (2)BC (3)5 1【解析】滬叭：；節(jié)2%s=o沁旨d=0 02SE +0 0240：0 01S9 0140m吳沁札(2)實(shí)峻首先要平衡摩撫力使小車受到的合力就是細(xì)繩對(duì)小車的拉力，故A正確；平衡摩撫力的方法就是,小車與帶相連

9、，小車前面不掛小桶，把小車放在斜面上給小車一個(gè)初速度，看小車能否做勻速直線運(yùn)動(dòng),故B錯(cuò)誤；改變小車?yán)?，不需要重新平衝摩攥力，匚錯(cuò)誤；實(shí)驗(yàn)中通過在塑料桶中增加磁碼來改變小車 受到的拉力，故D正確，本題選不正確的，故選氏 J卩)宙團(tuán)可知寺的關(guān)系團(tuán)線罡一條過坐標(biāo)原點(diǎn)的直線，說明物體所受的合力是主值，由-捆象的斜率：比=A=5N,當(dāng)時(shí)丿&=1垃/3.在做 探究加速度和力、質(zhì)量的關(guān)系 ”的實(shí)驗(yàn)中，保持小車和砝碼的總質(zhì)量不變，測(cè)得小 車的加速度a和拉力F的數(shù)據(jù)如下表所示F(N)0.200.300.400.500.6040.011402.402.88圖 2a(m/s2)0.110.190.290.

10、400.51(1)根據(jù)表中的數(shù)據(jù)在坐標(biāo)系上作出a-F圖象;(2)圖象斜率的物理意義是 _ 。(3)小車和砝碼的總質(zhì)量為 _kg。圖線(或延長(zhǎng)線)與F軸截距的物理意義是 _【答案】(1)見解析(2)小車和砝碼總質(zhì)量的倒數(shù)(3)1 (4)小車受到的阻力為0.1N【解析】(1)根將所紿數(shù)據(jù)在所給坐標(biāo)系中準(zhǔn)確描點(diǎn)，作出的口-F團(tuán)象如團(tuán)所示。圖象斜率表示小車和陡碼總質(zhì)量的倒數(shù)*由門沖圖象可得：#誥解得V=lkg, (4)由a-F圖象可知b當(dāng)力=0.1N時(shí)，小車開始運(yùn)動(dòng)，說明此時(shí)小車受到的阻力為a 1N。4在驗(yàn)證牛頓第二定律”的實(shí)驗(yàn)中，采用如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置，小車及車中砝碼的質(zhì)量用M表示，盤及盤中砝碼的質(zhì)

11、量用m表示，小車的加速度可由小車后拖動(dòng)的紙帶打上的點(diǎn)計(jì)算出。(1)當(dāng)M與m的大小關(guān)系滿足 _ 時(shí)，才可以認(rèn)為繩對(duì)小車的拉力大小等于盤及盤中砝碼的重力。(2)組同學(xué)在做加速度與質(zhì)量的關(guān)系實(shí)驗(yàn)時(shí)，保持盤及盤中砝碼的質(zhì)量一定，改變小車及車中砝碼的質(zhì)量，測(cè)出相應(yīng)的加速度，采用圖象法處理數(shù)據(jù)。為了比較容易地檢查出加速度a與質(zhì)量M的關(guān)系，應(yīng)該做a與_的圖象。(3)如圖(a)是甲同學(xué)根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)做出的aF圖線，說明實(shí)驗(yàn)存在的問題是乙、丙同學(xué)用同一裝置做實(shí)驗(yàn)，畫出了各自得到的aF圖線，如圖(b)所示，兩個(gè)同學(xué)做實(shí)驗(yàn)時(shí)的哪一個(gè)物理量取值不同？答：_。已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器使用的交流電頻率為50Hz，每相鄰兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)間還有4個(gè)點(diǎn)未畫出，利用下圖給出的數(shù)據(jù)可求出小車運(yùn)動(dòng)的加速度a=_。(結(jié)果保留三位有效數(shù)字)0 AacDcm *I2.&0 4 405.95 7.571【答案】(1)M遠(yuǎn)大于口(2)喬(3)摩擦力平衡過度或傾角過大(4)小車及車中砝碼的質(zhì)量M(5)1.58m/s2【解析】(1)只有曲時(shí)才可以認(rèn)為繩對(duì)小車的拉力大小等于盤和盤中袪碼的重力。(2)由與占成正比，而正比例函數(shù)團(tuán)象是過坐標(biāo)原點(diǎn)的一條直線，比較容易判走自變量和因變量之間的關(guān)系,故應(yīng)作口-寺圖象