【同步导学】高中物理课件 5 57页

5．2探究加速度与力、质量的关系\n1．在质量一定的情况下，加速度跟力成______．2．在合外力一定的情况下，加速度跟质量成______．3．控制变量法：是研究多个物理量之间关系的一种常用方法，可先控制一些量不变，依次研究某一个因素的影响．在本实验中探究加速度的影响因素，可先控制______一定，研究加速度与力之间的关系，再保持合外力一定，研究加速度与______的关系，最后归纳总结出加速度与力和质量的定量关系．正比反比质量质量\n一、怎样探究加速度和力的关系●重点解读(1)基本思路：保持物体的质量不变，测量物体在不同的力的作用下的加速度，分析加速度与力的关系．(2)实验操作：如下图所示，取小车研究(质量一定)，用不同数量的钩码拉小车，打出几条纸带．用测力计测出拉小车的钩码的重力，分析纸带，求出小车运动的加速度．\n\n●难点突破(1)数据的分析：设计一个表格，把同一物体在不同力作用下的加速度填在表中．如下表.实验次数加速度a/m·s－2小车受力F/N123(2)图象分析：由表中数据，作出a－F图象，即在图中，描点连线．若a与F成正比，图中各点应在一条过原点的直线上．\n二、怎样探究加速度和物体质量的关系●重点解读(1)基本思路：保持物体所受的力相同，测量不同质量的物体在该力作用下的加速度，分析加速度与质量的关系．(2)实验操作：见实物图取小车(车上放砝码)研究，在拉力不变的情况下(钩码一定)，改变小车上的砝码个数，打出几条不同的纸带．记录小车及车上的砝码的质量，求出其运动的加速度．\n●难点突破(1)数据的分析：设计第二个表格，把质量不同的物体在相同力作用下的加速度填入表中.实验次数加速度a/m·s－2小车质量m/kg123\n\n\n\n●疑点辨析(1)小车所受拉力是否完全等于所挂砝码与盘的重力？在寻求a与F、m的关系时，F一定是物体(研究对象)所受的合外力，不同的实验设计，合外力的处理也不尽相同，若利用下图做实验，在实验中我们把小盘和砝码的重力作为小车所受的合外力来处理数据，但是小盘和砝码的重力实质上是提供了小车、小盘和砝码三者的合外力，小车所受的合外力要小于小盘和砝码的重力．只有在小盘和砝码的质量远小于小车的质量时，才能近似地认为小车受到的合外力与小盘和砝码的重力相等．\n\n(2)为何要让木板合理地倾斜？如下图甲所示，放在不光滑水平面上的物体，在水平拉力F作用下运动，物体所受的合力不是F，若物体放在倾角为θ的斜面上，恰能匀速下滑，此时再加一个沿斜面向下的拉力F，如图乙所示，则物体受到的合力为F.\n甲乙\n如实物图所示，在水平木板上放置一辆小车，小车的前端系上细绳，细绳的另一端跨过定滑轮并挂上质量很小的重物．小车的尾部挂上一条纸带，纸带穿过打点计时器．为了消除摩擦力对小车的影响，必须将木板无滑轮的一端稍微垫高一些，用重力的分力来抵消摩擦力，直到小车不挂重物时能匀速运动为止．当挂上重物时，只要重物的质量远小于小车的质量，那么可近似认为重物所受的重力大小等于小车所受合外力的大小．将小车从某一位置释放，小车在绳子的拉力作用下做匀加速直线运动．利用纸带上打出的点便可算出小车的加速度．\n●误差分析(1)质量的测量误差，纸带上打点计时器打点间隔距离的测量误差，拉线或纸带不与木板平行等都会造成误差．(2)因实验原理不完善造成误差：本实验中用小盘和砝码的总重力代替小车受到的拉力(实际上小车受到的拉力要小于小盘和砝码的总重力)，存在系统误差．小盘和砝码的总质量越接近小车的质量，误差就越大；反之，小盘和砝码的总质量越小于小车的质量，误差就越小．\n(3)平衡摩擦力不准造成误差：在平衡摩擦力时，除了不挂小盘外，其他的都跟正式实验一样(比如要挂好纸带、接通打点计时器)，匀速运动的标志是打点计时器打出的纸带上各点的距离相等．(4)提高测量精度．①应舍掉纸带上开头比较密集的点，在后边便于测量的地方找一个起点．②可以把每打五次点的时间作为时间单位，即从开始点起，每隔四个点标出一个计数点，则相邻计数点间的时间间隔为T＝0.1s.\na/m·s－21.984.065.958.12F/N1.002.003.004.00\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成________关系．\n【解析】若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也出现误差，研究误差产生的原因，从而减小误差增大实验的准确性，则在误差范围内图象是一条过原点的直线即可．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的分布在直线两侧，离直线较远的点应视为错误数据，不予考虑．\n【答案】(1)a－F图象如下图所示．(2)正比\n【评析】由已知数据画出图象，从而得出结论是物理学中一种常用的重要方法．\n若测得某一物体受力F一定时，a与m关系的数据如下表所示．a/m·s－22.042.663.233.98m/kg2.001.501.251.00\n\n\n\n\nA．没有平衡摩擦力，且小车质量较大B．平衡摩擦力时，所垫木块太高，且砂和小桶的质量较大C．平衡摩擦力时，所垫木块太低，且砂和小桶的质量较大D．平衡摩擦力时，所垫木块太高，且小车质量较大\n【指点迷津】本实验中将砂与砂桶的重力做为绳对小车的拉力有两个条件：一是必须平衡好摩擦力，二是小车质量应远大于砂和砂桶的总质量．\n【解析】设图线在F轴上的截距为F0，则当0＜F≤F0时，a＝0，说明摩擦力为f＝F0，没有完全平衡摩擦力．当达到一定程度后．小车质量不变，而砂和砂桶质量增大，故不再满足小车质量远远大于砂和砂桶总质量的条件，误差变大．正确理解图象含义是解题的关键．求解时，应从实验原理和读懂图象入手．【答案】C\n\n我们通过猜想、假设、分析得出物体的加速度与物体受到的合外力以及物体的质量有关，那我们如何研究三者之间的关系呢？我们就控制其中一个物理量保持不变而研究另外两个量之间的关系．再综合得出三者之间的关系，研究加速度与物体受到的合外力间的关系时，保持物体的质量不变；研究加速度与物体的质量间的关系时，保持物体受到的合外力不变．从而使我们的实验过程变得简单、清晰、便于操作，并且能够通过对两次实验的分析、综合，得出三者之间的关系．\n某研究性学习小组欲探究光滑斜面上物体下滑的加速度与物体质量及斜面倾角是否有关系．实验室提供如下器材：A．表面光滑的长木板(长度L)B．小车；C．质量为m的钩码若干个；D．方木块(备用于垫木板)E．米尺；F．秒表．\n(1)实验过程：第一步，在保持斜面倾角不变时，探究加速度与质量的关系．实验中，通过向小车放入钩码来改变物体质量，只要测出小车由斜面顶端滑至底端用时t，就可以由公式a＝________求出a，某同学记录了数据如下表所示：根据以上信息，我们发现，在实验误差范围内质量改变之后平均下滑时间________(填“改变”或“不改变”)，经过分析得出加速度和质量的关系为________．\n\n第二步，在物体质量不变时，探究加速度与倾角的关系．实验中通过改变方木块垫放位置来调整长木板倾角，由于没有量角器，因此通过测出木板顶端到水平面高度h，求出倾角α的正弦值sinα＝h/L.某同学记录了高度h和加速度a的对应值如下表：\nL(m)1.00h(m)0.100.200.300.400.50sinα＝h/L0.100.200.300.400.50a(m/s2)0.9701.9502.9253.9104.900\n分析可知，光滑斜面上物体下滑的加速度与倾角的关系为________________________________________________________________________．(2)该探究小组所采用的探究方法是________．【答案】(1)2L/t2；不改变；无关；a＝gsinα；(2)控制变量法．\n1．在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中，下列说法中正确的是()A．平衡摩擦力时，小桶应用细线通过定滑轮系在小车上，但小桶内不能装砂B．实验中无需始终保持小车和砝码的质量远远大于砂和小桶的质量C．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码的总质量，描出相应的点在一条直线上时，即可证明加速度与质量成反比D．平衡摩擦力时，小车后面的纸带必须连好，因为运动过程中纸带也要受阻力\n【解析】平衡摩擦力时，不应挂小桶，但应带纸带运动，所以A错，D对；实验中要求始终保持小车和砝码的质量远远大于砂和小桶的质量，所以B也不正确；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码的总质量的倒数，描出相应的点在过原点的同一条直线上时，证明加速度与质量成反比，故C项错误．【答案】D\n2．用斜面、小车、砂桶、砝码、打点计时器做“探究加速度与力、质量的关系”的实验中，得到如图所示的纸带，相邻计数点间的时间间隔为T，且s1、s2、s3、……、s6已测量出．\n(1)请写出计算加速度的表达式．(2)如图(a)所示，为甲同学根据测量数据画出的a－F图象，则甲在实验中存在的问题是________．(3)乙、丙同学用同一装置实验，画出了各自得到的a－F图象如图(b)所示，说明两个同学做实验时的哪一个物理量取值不同？并比较其大小．\n\n【答案】见解析\nm/kg0.200.300.400.500.600.80a/(m·s－2)1.190.810.600.490.400.313．下表是某同学在做“当外力一定时加速度与质量的关系”实验时得到的实验数据，请用图象处理这些数据，并由此说明加速度与质量的关系.\n\n【答案】图见解析　加速度与质量成反比\n4．一组同学研究“运动物体所受空气阻力与其运动速度关系”的探究过程如下：A．有同学认为：运动物体所受空气阻力可能与其运动速度有关B．他们计划利用一些“小纸杯”作为研究对象，用超声波测距仪器测量“小纸杯”在空中直线下落的下落距离、速度随时间变化的规律，以验证假设\nC．在相同的实验条件下，同学们首先测量了单只“小纸杯”在空中下落过程中不同时刻的下落距离，将数据填入下表中，图(a)是对应的位移—时间图线．然后将不同数量的“小纸杯”叠放在一起从空中下落，分别测出它们的速度—时间图线，如图(b)中图线1、2、3、4、5所示D．同学们对实验数据进行分析、归纳后，证实了他们的假设\n回答下列提问：(1)图(a)中的AB段反映了运动物体在做________运动，表中X处的值为________．(2)图(b)中各条图线具有共同特点：“小纸杯”在下落开始阶段做________运动，最后“小纸杯”做________运动．(3)比较图(b)中的1和5图线，指出在1.0～1.5s时间段内，速度随时间变化关系的差异：________.\n时间(s)下落距离(m)0.00.0000.40.0360.80.4691.20.9571.61.4472.0X\n\n【解析】(1)AB段为直线，位移与时间成正比，物体做匀速直线运动，从图中得出X的值为1.937m.(2)由图线的变化情况知：开始物体做加速度逐渐减小的加速运动，最后做匀速运动．\n(3)由图线1变化情况知，在1.0～1.5s时间段内速度不随时间变化，由图线5变化情况知，在1.0～1.5s时间段内速度随时间继续增大(或由图线1变化情况可知，纸杯在1.0～1.5s时间段内做匀速运动，由图线5变化情况知，纸杯在1.0～1.5s时间段内做加速度减小的加速运动)．\n【答案】(1)匀速1.937(2)加速度逐渐减小的加速　匀速(3)图线1反映速度不随时间变化，图线5反映速度随时间继续增大(或图线1反映纸杯做匀速运动，图线5反映纸杯做加速度减小的加速运动)\n练规范、练技能、练速度\n