2019-2020學(xué)年高中物理 第4章 力與運(yùn)動 第2節(jié) 影響加速度的因素 第3節(jié) 探究加速度與力、質(zhì)量的定量關(guān)系學(xué)案（含解析）粵教版必修1

《2019-2020學(xué)年高中物理 第4章 力與運(yùn)動 第2節(jié) 影響加速度的因素 第3節(jié) 探究加速度與力、質(zhì)量的定量關(guān)系學(xué)案（含解析）粵教版必修1》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《2019-2020學(xué)年高中物理 第4章 力與運(yùn)動 第2節(jié) 影響加速度的因素 第3節(jié) 探究加速度與力、質(zhì)量的定量關(guān)系學(xué)案（含解析）粵教版必修1（10頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、第二節(jié) 影響加速度的因素 第三節(jié) 探究加速度與力、質(zhì)量的定量關(guān)系 學(xué) 習(xí) 目 標(biāo) 知 識 脈 絡(luò) 1.了解氣墊導(dǎo)軌減小摩擦的原理和光電門及數(shù)字計時器在實(shí)驗(yàn)中的作用 2.知道加速度大小與力有關(guān)，也與質(zhì)量有關(guān)． 3.會用“控制變量法”探究加速度與力、質(zhì)量的定量關(guān)系．(重點(diǎn)) 4.了解用圖象表示加速度與質(zhì)量、加速度與力之間的關(guān)系．(難點(diǎn)) 一、影響加速度的因素 1．加速度的測量 (1)在實(shí)驗(yàn)中加速度不能直接測量，可以通過直接測量時間和位移間接地測量加速度． (2)由靜止開始做勻變速直線運(yùn)動的物體，位移s＝at2，測出位移s和時間t，則它的加速度a＝． 2．加速度與

2、物體的受力和質(zhì)量之間的關(guān)系 (1)在確定加速度與物體的受力情況、物體的質(zhì)量之間的關(guān)系時，我們一般采用控制變量法，即先保持一個量不變，測量另外兩個量之間關(guān)系的方法． (2)在探究加速度與質(zhì)量的關(guān)系時，要保持物體所受合外力不變，而改變物體的質(zhì)量． ①設(shè)斜面與水平桌面的夾角為θ，小車的質(zhì)量為M，把小車放在斜面上，忽略小車與斜面間的摩擦，則小車所受合外力大小為Mgsin_θ，增大小車的質(zhì)量而保持合外力不變，需要減小夾角θ. ②結(jié)論：當(dāng)物體所受合外力大小保持不變時，物體質(zhì)量越大，其加速度將越小，反之則越大． 二、探究加速度與力、質(zhì)量的定量關(guān)系 1．實(shí)驗(yàn)裝置(如圖所示) 氣墊導(dǎo)軌：減少軌

3、道摩擦． 光電門：光電門對時間的記錄是非常準(zhǔn)確的，如果能測得擋光片的寬度ΔL和擋光片經(jīng)過光電門的時間Δt，就可以求得擋光片通過光電門的平均速度．如果擋光片很窄，可以認(rèn)為這個速度就是擋光片通過光電門的瞬時速度． 2．實(shí)驗(yàn)原理：實(shí)驗(yàn)的基本思想——控制變量法 (1)保持研究對象即滑塊的質(zhì)量不變，改變鉤碼的數(shù)量，即改變拉力，探究加速度與所受合外力之間的定量關(guān)系． (2)保持滑塊的受力不變，研究加速度與質(zhì)量之間的定量關(guān)系． 3．實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的圖象表示 通過對數(shù)據(jù)的記錄和分析，可以得到a-F、a-的圖象，在誤差允許范圍內(nèi)，a-F、a-圖線都是直線，說明了加速度與合外力、質(zhì)量之間的關(guān)系． 1．

4、思考判斷(正確的打“√”，錯誤的打“×”) (1)探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系的實(shí)驗(yàn)是通過同時改變小車的質(zhì)量m及受到的拉力F的研究，歸納出加速度、力、質(zhì)量三者之間的關(guān)系． (×) (2)探究a、F、m的關(guān)系的實(shí)驗(yàn)，是通過先保持小車質(zhì)量不變，研究加速度與力的關(guān)系，再保持小車受力不變，研究加速度與質(zhì)量的關(guān)系，最后歸納出a、F、m三者之間的關(guān)系． (√) (3)物體所受的合外力越大，物體的加速度一定越大． (×) (4)物體的質(zhì)量越大，物體的加速度一定越?。?(×) (5)物體所受的合外力越大，質(zhì)量越小，則物體的加速度一定越大． (√) 2．在“探究加速度與力、質(zhì)量的定量關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)中

5、，采用的研究方法是(　　) A．理想實(shí)驗(yàn)法　　　 B．控制變量法 C．替代法 D．類比法 B　[在研究三個物理量之間的關(guān)系時，先讓其中一個量不變，研究另外兩個量之間的關(guān)系，最后總結(jié)三個量之間的關(guān)系，這種方法叫控制變量法．故選項(xiàng)B正確．] 3．在“探究物體的加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”時，下列說法中正確的是(　　) A．同時測出物體的質(zhì)量、加速度和力，能容易發(fā)現(xiàn)三者之間的關(guān)系 B．保持物體的質(zhì)量不變，一定要測出加速度的數(shù)值，才能找出加速度與力的關(guān)系 C．可以利用物體做自由落體運(yùn)動來探究加速度與質(zhì)量的關(guān)系 D．如果加速度與力的圖象是一條過原點(diǎn)的傾斜直線，則加速度與力成正比 D　[判

6、斷三個量之間的關(guān)系時，應(yīng)保持一個量不變，來探究另兩個量之間的關(guān)系，即采取控制變量法，A錯；本實(shí)驗(yàn)只是探究兩個量之間的關(guān)系，只要找到二者之間的比例關(guān)系即可，不一定要測出加速度的具體數(shù)值，B錯；自由落體運(yùn)動加速度恒為g，不隨質(zhì)量而變化，C錯．] 影響加速度的因素 1.探究加速度與物體所受合外力的關(guān)系 (1)探究目的 驗(yàn)證猜想：小車質(zhì)量保持不變時，小車所受合外力越大，加速度越大；反之合外力越小，加速度越?。? (2)探究實(shí)驗(yàn)設(shè)計 ①如圖所示，讓小車從斜面上由靜止釋放； ②記下小車的運(yùn)動時間t； ③從斜面上讀出小車的位移s； ④由a＝可求出小車的加速度； ⑤改變斜面與水平

7、面的夾角，可以改變小車受到的合力大小，重做上面的實(shí)驗(yàn)． (3)探究結(jié)論 當(dāng)物體的質(zhì)量保持不變時，物體受到的合外力逐漸增大，其加速度將逐漸增大；反之，物體受到的合外力逐漸減小，其加速度也逐漸減?。铀俣鹊姆较蚺c合外力的方向相同． 2．探究加速度與物體質(zhì)量的關(guān)系 (1)探究目的 驗(yàn)證猜想：小車所受合外力不變時，小車的質(zhì)量越大，加速度就越??；反之，質(zhì)量越小，加速度就越大． (2)探究實(shí)驗(yàn)設(shè)計 ①把小車放在斜面上，用彈簧測力計沿斜面向上拉小車，使小車保持靜止或做勻速直線運(yùn)動，記下彈簧測力計的示數(shù)． ②將小車從斜面上由靜止釋放，用秒表記錄小車的運(yùn)動時間并讀出小車的位移．由a＝可求出小車的

8、加速度． ③在小車上增加砝碼，重復(fù)①②實(shí)驗(yàn)． (3)探究結(jié)論 當(dāng)物體所受合外力保持不變時，小車的質(zhì)量越大，其加速度越小，反之則越大． 【例1】　在“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”活動中，某小組設(shè)計了如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置．圖中上下兩層水平軌道表面光滑，兩小車前端系上細(xì)線，細(xì)線跨過滑輪并掛上砝碼盤，兩小車尾部細(xì)線連到控制裝置上，實(shí)驗(yàn)時通過控制裝置使兩小車同時開始運(yùn)動，然后同時停止． (1)在安裝實(shí)驗(yàn)裝置時，應(yīng)調(diào)整滑輪的高度，使________________；在實(shí)驗(yàn)時，為減小系統(tǒng)誤差，應(yīng)使砝碼盤和砝碼的總質(zhì)量____________小車的質(zhì)量(選填“遠(yuǎn)大于”“遠(yuǎn)小于”或“等于”)． (

9、2)本實(shí)驗(yàn)通過比較兩小車的位移來比較小車加速度的大小，能這樣比較，是因?yàn)開________________________________________ _____________________________________________________. 解析：(1)拉小車的水平細(xì)線要與軌道平行．只有在砝碼盤和砝碼的總質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車質(zhì)量時，才能認(rèn)為砝碼盤和砝碼的總重力等于細(xì)線拉小車的力． (2)對初速度為零的勻加速直線運(yùn)動，時間相同時，根據(jù)s＝at2，得＝. 答案：(1)細(xì)線與軌道平行(或水平)　遠(yuǎn)小于 (2)兩小車從靜止開始做勻加速直線運(yùn)動，且兩小車的運(yùn)動時間相等

10、控制變量法 加速度的大小既與物體受到的力的大小有關(guān)，也與物體的質(zhì)量有關(guān)，研究a與F及物體的質(zhì)量m間的關(guān)系時，質(zhì)量m與力F不能同時改變，應(yīng)控制物體的質(zhì)量m不變研究a與F的關(guān)系，控制F不變研究a與m的關(guān)系，即采用控制變量法． 1．甲、乙兩個實(shí)驗(yàn)小車，在同樣的合外力作用下，甲車產(chǎn)生的加速度是1.5 m/s2，乙車產(chǎn)生的加速度是4.5 m/s2，甲車的質(zhì)量m甲和乙車的質(zhì)量m乙之比為(　　) A．1∶3　　　　　 B．3∶1 C．1∶1 D．無法確定 B　[在同樣的合外力作用下物體的加速度與它的質(zhì)量成反比.＝＝＝3，故B項(xiàng)正確．] 探究加速度與力、質(zhì)量的定量關(guān)系 1.實(shí)驗(yàn)原理

11、 (1)控制變量法 ①保持滑塊的質(zhì)量不變，改變其所受合外力探究a與F的關(guān)系． ②保持滑板所受的合外力不變，改變其質(zhì)量探究a與M的關(guān)系． (2)三個物理量的測量方法 ①滑塊質(zhì)量的測量 利用天平測出，在滑塊上增減橡皮泥可改變滑塊的質(zhì)量． ②拉力的測量 在砝碼的質(zhì)量遠(yuǎn)小于滑塊質(zhì)量的情況下，可以認(rèn)為砝碼的重力近似等于滑塊受到的拉力，即F≈mg. ③加速度的測量：在氣墊導(dǎo)軌中間選一段距離s，在s兩端設(shè)置兩個光電門，分別測出滑塊通過s兩端的始、末速度v1和v2，則滑塊的加速度為a＝. 2.實(shí)驗(yàn)器材 氣墊導(dǎo)軌、滑塊(包括擋光片)、橡皮泥、光電門、數(shù)字計時器、砝碼、天平． 3．實(shí)驗(yàn)與探

12、究 (1)實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示，讓滑塊在砝碼拉力的作用下做加速運(yùn)動，記錄下滑塊通過光電門的速度、砝碼的質(zhì)量、兩光電門之間的距離． (2)保持滑塊質(zhì)量不變，通過增加(或減少)砝碼的數(shù)量來改變拉力的大?。貜?fù)實(shí)驗(yàn)3次． (3)將實(shí)驗(yàn)結(jié)果填入表一，并計算每一次滑塊的加速度a. 表一 滑塊質(zhì)量M＝________kg 砝碼的質(zhì) 量m/kg 滑塊所受拉 力大小的近 似值F/N 滑塊通過光 電門1的速度 v1/(m·s－1) 滑塊通過光 電門2的速度 v2/(m·s－1) 兩光電門間 的距離s/m 滑塊加速度 的計算值 a/(m·s－2)

13、 (4)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)果畫出滑塊運(yùn)動的a-F圖象，從而得出a與F的關(guān)系． (5)保持砝碼的質(zhì)量不變，即滑塊所受的拉力不變，記下滑塊通過光電門的速度v1、v2. 在滑塊上增加(或減少)橡皮泥來改變滑塊的質(zhì)量，重復(fù)進(jìn)行幾次實(shí)驗(yàn)，記下實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，將實(shí)驗(yàn)結(jié)果填入表二． 表二 拉力F＝________N 滑塊(含橡 皮泥)的質(zhì) 量M/kg 滑塊(含橡皮 泥)質(zhì)量的倒 數(shù)/(kg－1) 滑塊通過光 電門1的速度 v1/(m·s－1) 滑塊通過光 電門2的速度 v2/(m·s－1) 兩光電門 間的距離 s/m 滑

14、塊加速度 的計算值 a/(m·s－2) (6)用縱坐標(biāo)表示加速度，橫坐標(biāo)表示，畫出滑塊運(yùn)動的a-圖象，得出a與的關(guān)系，從而得出a與M的關(guān)系． (7)實(shí)驗(yàn)結(jié)論：當(dāng)M一定時，a與F成正比；當(dāng)F一定時a與M成反比． 4．實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理方法——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)測量數(shù)據(jù)描點(diǎn)，然后作出圖象，如圖所示，若圖象是一條通過原點(diǎn)傾斜的直線，就能說明a與F成正比． (2)研究加速度a與質(zhì)量M的關(guān)系如圖所示，因?yàn)閍-M圖象是曲線，檢查a-M圖象是不是雙曲線，就能判斷它們之間是不是

15、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與必成正比．我們采取“化曲為直”的方法，以a為縱坐標(biāo)，以為橫坐標(biāo)，作出a-圖象，若a-圖象是一條過原點(diǎn)傾斜的直線，說明a與成正比，即a與M成反比． 5．實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng) (1)氣墊導(dǎo)軌是較精密儀器，實(shí)驗(yàn)中必須避免導(dǎo)軌受碰撞、摩擦而變形、損傷，沒有給氣墊導(dǎo)軌通氣時，不準(zhǔn)在導(dǎo)軌上強(qiáng)行推動滑塊． (2)實(shí)驗(yàn)時滑塊的速度不能太大，以免在與導(dǎo)軌兩端緩沖彈簧碰撞后跌落而使滑塊受損． (3)實(shí)驗(yàn)中滑塊由靜止釋放，應(yīng)防止砝碼盤擺動且滑塊最好在同一位置處釋放，這樣便于檢查數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性． (4)用圖象法處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，作圖時應(yīng)使盡可能多

16、的點(diǎn)在直線上，不在直線上的點(diǎn)盡可能分布在所作直線的兩側(cè)，偏離直線太遠(yuǎn)的點(diǎn)應(yīng)舍棄掉． 【例2】　某組同學(xué)設(shè)計了“探究加速度a與物體所受合力F及質(zhì)量m的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)．如圖所示為實(shí)驗(yàn)裝置簡圖，A為小車，B為電火花計時器，C為裝有細(xì)砂的小桶，D為一端帶有定滑輪的長方形木板，實(shí)驗(yàn)中認(rèn)為細(xì)繩對小車的拉力F等于細(xì)砂和小桶的總重量，小車運(yùn)動的加速度a可用紙帶上打出的點(diǎn)求得． (1)如圖所示為某次實(shí)驗(yàn)得到的紙帶，已知實(shí)驗(yàn)所用電源的頻率為50 Hz.根據(jù)紙帶可求出電火花計時器打B點(diǎn)時的速度大小為________ m/s，小車的加速度大小為________ m/s2.(結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字) (2)在

17、“探究加速度a與質(zhì)量m的關(guān)系”時，某同學(xué)按照自己的方案將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)在坐標(biāo)系中進(jìn)行了標(biāo)注，但尚未完成圖象(如圖所示)．請繼續(xù)幫助該同學(xué)作出坐標(biāo)系中的圖象． 解析：(1)AC這段位移的平均速度等于AC這段時間中間時刻的瞬時速度，即B點(diǎn)的瞬時速度，故vB＝＝ m/s≈1.6 m/s.由逐差法求解小車的加速度a＝＝ m/s2≈3.2 m/s2. (2)將坐標(biāo)系中各點(diǎn)連成一條直線，連接時應(yīng)使直線過盡可能多的點(diǎn)，不在直線上的點(diǎn)應(yīng)大致對稱地分布在直線的兩側(cè)，離直線較遠(yuǎn)的點(diǎn)應(yīng)視為錯誤數(shù)據(jù)，不予考慮，連線如圖所示． 答案：(1)1.6　3.2　(2)見解析圖 (1)小車質(zhì)量改變后，不需重新平衡

18、摩擦力． (2)用圖象法處理數(shù)據(jù)的一般方法是先描點(diǎn)，然后用平滑的曲線把所描的點(diǎn)連接起來，連線時不要連成折線．本實(shí)驗(yàn)連線時要讓直線通過盡量多的點(diǎn)，不在一條直線上的點(diǎn)要均勻分布在直線的兩側(cè)．這樣做的目的是為了減小實(shí)驗(yàn)中的偶然誤差，類似用求平均值的方法來減小誤差一樣． 2．某同學(xué)利用如圖甲所示的實(shí)驗(yàn)裝置，探究小車的加速度和它所受拉力F的關(guān)系． (1)除備有4個50 g鉤碼外，另有下列實(shí)驗(yàn)器材備選： A．質(zhì)量為300 g的小車 B．質(zhì)量為2 kg的小車 C．輸出電壓為4～6 V的直流電源 D．輸出電壓為4～6 V的交流電源 為保證實(shí)驗(yàn)成功，選用的實(shí)驗(yàn)小車應(yīng)為________

19、____，電源應(yīng)為____________．(選填字母代號) (2)某同學(xué)正確選擇實(shí)驗(yàn)器材后，通過實(shí)驗(yàn)得到如圖乙所示的a-F圖象，造成圖線未過坐標(biāo)原點(diǎn)的原因是_______________________ _____________________________________________________. 解析：(1)當(dāng)m?M時，即鉤碼的總質(zhì)量m遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于小車和砝碼的總質(zhì)量M時，繩子的拉力近似等于鉤碼的總重力，由題意可知，選用的實(shí)驗(yàn)小車應(yīng)為質(zhì)量為2 kg的小車，即選B；電源應(yīng)為輸出電壓4～6 V的交流電源，即選D.(2)由圖乙可知，a-F圖象不過原點(diǎn)，在a軸上有截距，即F＝0時有加

20、速度，這是由于在平衡摩擦力時，木板被墊得太高，木板傾角過大，平衡摩擦力太過造成的． 答案：(1)B　D　(2)平衡摩擦力時，木板傾角過大 1．在探究加速度與力、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，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，不需要重新平衡摩擦力 C．實(shí)驗(yàn)時，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，對探究過程也不會產(chǎn)生影響 B　[根據(jù)本實(shí)驗(yàn)過程中注意事項(xiàng)及操作方法分析可知B項(xiàng)正確．] 2．(多選)如圖所示為某些同學(xué)根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)畫出的圖象，下列說法中正確的是(　　) A．形成圖

21、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 AD　[甲圖，當(dāng)F＝0時，小車就有了加速度，可見是長木板傾角過大；乙圖，當(dāng)→0時，小車質(zhì)量很大，這時小車的加速度不為零，說明小車下滑的力已經(jīng)大于最大靜摩擦力，也是長木板傾角過大；同理，丙、丁圖都是因?yàn)殚L木板傾角過小，選項(xiàng)A、D正確．] 3．如圖所示為某同學(xué)所安裝的“探究加速度與力、質(zhì)量的定量關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)裝置，在圖示狀態(tài)下開始做實(shí)驗(yàn)，該同學(xué)的裝置和操作中的主要錯誤是(至少寫出三個錯誤)： (1)___

22、_______________________________________________． (2)__________________________________________________． (3)__________________________________________________． 解析：由圖可知，本實(shí)驗(yàn)存在以下錯誤： ①長木板右端未墊高以平衡摩擦力(或沒有平衡摩擦力)； ②錯用了直流電源(或應(yīng)該用交流電)； ③牽引小車的細(xì)線與板不平行； ④開始實(shí)驗(yàn)時，小車離滑輪太近(或小車離打點(diǎn)計時器太遠(yuǎn)、牽引小車的細(xì)線太短)； ⑤鉤碼不能滿足遠(yuǎn)小于小車質(zhì)量的條件，應(yīng)換用砂桶(只說換用桶不給分，必須說明原因才行) 答案：見解析 - 10 -