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  • 2021-05-26 发布

高中物理人教版必修一导学案:第四章第二节+实验:探究加速度与力、质量的关系

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2 实验:探究加速度与力、质量的关系 课堂合作探究 问题导学 一、加速度与力的关系 活动与探究 1 根据如图所示实验装置,回答以下问题: (1)如何测量小车所受的合外力? (2)绳子的拉力等于钩码的重力吗?为什么?什么情况下钩码重力可以近似等于绳子 拉力(即小车所受的合外力)? 迁移与应用 1 某同学测得一物体 m 一定时,a 与 F 的关系的有关数据资料如下表。 a/(m·s-2) 1.98 4.06 5.95 8.12 F/N 2.00 4.00 6.00 8.00 (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: ________________________________________________________________________。 (1)实验中必须满足小车和砝码的质量远大于小盘和钩码的总质量,只有这样才可认 为小车受到的合外力基本上等于绳子的拉力。 (2)小车应靠近打点计时器且先接通电源再放手,纸带上的加速度 a 应是该纸带上的 平均加速度。 (3)作图象时,要使尽可能多的点在所作直线上,不在直线上的点应尽可能地对称分 布在直线两侧。离直线较远的点应视为错误数据,可舍去不予考虑。 (4)只有在质量 m 一定时,加速度 a 与力 F 成正比。 二、加速度与质量的关系 活动与探究 2[来源:学#科#网] 1.在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中,研究的对象是小车,我们怎样改变 和测量它的质量? 2.实验得出的数据最终如何处理?这样处理有什么特点? 迁移与应用 2 某同学用如图所示装置做“探究加速度与力、质量的关系”实验,当合外力一定时测得 小车的加速度与质量的数值如下表: a/(m·s-2) 4.07 5.33 6.45 7.90 m/kg 2.00 1.50 1.25 1.00 1 m/kg-1 [来源:学科网] (1)根据表中数据,求出对应的1 m 值,画出 a-1 m 图象。 (2)由 a-1 m 关系可知,当 F 一定时,a 与 m 成________关系。 探究加速度与质量的关系时,合力一定,a 与 m 成反比,a-m 图象是一条曲线,无法 确定加速度与质量的关系。实验中并不画出 a-m 图线,而是画出 a-1 m 图线,这里运用了 化曲为直的物理思想。 三、实验方案的制定及结果处理 活动与探究 3 1.本实验中,可以不测量加速度的具体数值吗?[来源:Z+xx+k.Com] 2.某同学利用小盘和砝码牵引小车的方法,验证质量一定时加速度 a 与合外力 F 的关 系时,根据实验数据作出了如图甲、乙所示的 a-F 图象,产生甲图象不过原点的原因是 ________;产生乙图象不过原点且弯曲的原因是__________________________________ ________________________________________________________________________。 迁移与应用3 某同学设计了一个探究加速度 a 与物体所受合力 F 及质量 m 的关系的实验,图甲为实 验装置简图(交流电的频率为 50 Hz)。 甲 乙 (1)图乙为某次实验得到的纸带,根据纸带可求出小车的加速度大小为________ m/s2 (保留两位有效数字)。 (2)保持砂子和砂桶质量不变,改变小车质量 m,分别得到小车加速度 a 与质量 m 及 对应的1 m ,数据如下表: 请在如图丙所示的方格坐标纸中画出 a-1 m 图象,并依据图象求出小车加速度 a 与质量 倒数1 m 之间的关系式是________。 丙 丁[来源:学&科&网] (3)保持小车质量不变,改变砂子和砂桶质量,该同学根据实验数据作出了加速度 a 随合力 F 的变化图线,如图丁所示。该图线不通过原点,请你分析其主要原因是 ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (1)加速度 a 和质量 m、受力 F 都有关系。研究它们之间的关系时采用控制变量法, 先保持质量不变,测量分析加速度与力的关系,再保持物体所受的力相同,测量加速度与质 量的关系。 (2)考虑到实验过程及数据处理过程可能出现的误差,作 a-F 图象时,其图线不一 定过原点。 (3)作 a-F 图象时,横、纵坐标轴上的标度大小要选取适当,选取的标度应使作出 的 aF 图线尽量“充满”坐标系。 当堂检测 1.在“探究加速度与力、质量的关系”实验中,关于小车所受的合力,下列叙述中正 确的是( ) A.小车所受的合力就是所挂吊盘和钩码的重力 B.小车所受合力的大小等于吊盘与钩码通过细绳对小车施加的拉力 C.只有平衡摩擦力后,小车所受合力才等于细绳对小车的拉力 D.只有平衡摩擦力之后,且当小车的质量 M 远大于吊盘与钩码的总质量时,小车所 受合力的大小可认为等于吊盘与钩码的重力 2.在研究物体的加速度、作用力和质量三个物理量的关系时,我们用实验研究了小车 “在质量一定的情况下,加速度和作用力之间的关系”;又研究了“在作用力一定的情况下, 加速度和质量之间的关系”。这种研究物理问题的科学方法是( ) A.建立理想模型的方法 B.控制变量法 C.等效替代法 D.类比法 3.如图是根据探究加速度与力的关系的实验数据描绘的 a-F 图象,下列说法正确的 是( ) A.三条倾斜直线所对应的滑块和橡皮泥的质量相同 B.三条倾斜直线所对应的滑块和橡皮泥的质量不同 C.直线 1 所对应的滑块和橡皮泥的质量最大 D.直线 3 所对应的滑块和橡皮泥的质量最大 4.在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中,下列说法正确的是( ) A.平衡摩擦力时,小盘应用细线通过定滑轮系在小车上,但小盘内不能装钩码 B.实验中应始终保持小车和砝码的质量远远大于钩码和小盘的质量[来源:学科网 ZXXK] 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到阻力 5.在探究“加速度与力、质量的关系”的实验中: (1)某同学在接通电源进行实验之前,将实验器材组装,如图所示。请你指出该装置 中错误或不妥之处:___________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (2)改正实验装置后,该同学顺利地完成了实验,如图是他在实验中得到的一条纸带, 图中相邻两计数点之间的时间间隔为 0.1 s,由图中的数据可算得小车的加速度为 ________m/s2。 答案: 课堂合作探究 【问题导学】 活动与探究 1:答案:(1)将长木板倾斜一定角度θ,θ满足方程 mgsin θ=μmgcos θ,此 时小车在斜面上受到的合外力为 0,摩擦力等于小车重力沿斜面向下的分力。由于小车的重 力、支持力、摩擦力相互抵消,那实验中小车受到的合外力就等于绳子的拉力了。 (2)绳子的拉力并不等于钩码的重力,因为当绳子拉力等于钩码重力时,钩码做匀速 直线运动或静止,而实验中钩码与小车一起做匀加速直线运动,因此绳子的拉力应该小于钩 码的重力。理论计算发现当钩 码质量比小车质量小得多时,绳子的拉力近似等于钩码的重 力,即小车受到的合外力近似等于钩码的重力。 迁移与应用 1:答案:(1)a-F 图象如解析图所示 (2)由图象可知 a 与 F 成正比关系 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 验中不可避免地出现 误差,则在误差范围内图线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。 活动与探究 2:1.答案:小车的质量可以用天平来测量,可以用加减砝码的方法来改 变小车的质量。 2.答案:将实验得出的数据最终在相应坐标系上描点绘线,通过对物理量的转变,尽 可能得到过原点的直线,这样物理量的关系就比较直观明显。 迁移与应用 2:答案:(1)见解析 (2)反比 解析:要画 a-1 m 的图象,需先求出对应的1 m ,其数据分别为 0.50、0.67、0.80 和 1.00, 然后描点、连线,得到图象如下图所示。由图象可得 a 与1 m 成正比,即 a 与 m 成反比。 活动与探究 3:1.答案: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=2x t2 ,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a1 a2 =x1 x2 。 2.答案:木板垫得过高 木板倾角过小或未垫木板平衡摩擦力,小盘和砝码的质量较 大 迁移与应用 3:答案:(1)3.2 (2)见解析 a∝1 m (3)实验前没有平衡摩擦力或者平衡摩擦力不充分 解析:(1)连续相等的时间间隔内,从纸带上可得到四段位移的大小,可以选用逐差法 计算加速度。 由 x1=6.19 cm,x2=6.70 cm x3=7.21 cm,x4=7.72 cm 电火花打点计时器周期 T=1 f =0.02 s 用逐差法可得 x3-x1=2a(2T)2,x4-x2=2a(2T)2 故 a=a1+a2 2 =(x3+x4)-(x1+x2) 2×2(2T)2 =3.2 m/s2。 (2)在 a-1 m 坐标系中描点连线得 a-1 m 图线如图所示,可得 a∝1 m 。 (3)由 a-F 图线可知 F 增大至某值时小车开始有加速度,说明实验前没有平衡摩擦 力或者平衡摩擦力不充分。 【当堂检测】 1.CD 2.B 3.BD 4.BD 5.答案:(1)打点计时器不应使用干电池,应使用交流电源;实验中没有平衡小车的 摩擦力;小车的初始位置离打点计时器太远 (2)0.195