第4章第2节影响加速度的因素第3节探究加速度与力、质量的定量关系.pdf

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1、 第 4 章 第 2 节 影响加速度的因素 第3节 探究加速度与力、质量的定量关系 第 2 页 第二节 影响加速度的因素 第三节 探究加速度与力、质量的定量关系 学 习 目 标 知 识 脉 络 2知道加速度大小与力有关，也与质量有关 3会用“控制变量法”探究加速度与力、质量的定量关系(重点)4了解用图象表示加速度与质量、加速度与力之间的关系(难点)影 响 加 速 度 的 因 素 先填空 1加速度的测量(1)在实验中加速度不能直接测量，可以通过直接测量时间和位移间接地测量加速度(2)由静止开始做匀变速直线运动的物体，位移 s12at2，测出位移 s 和时间t，则它的加速度 a2st2.2加速度与

2、物体的受力和质量之间的关系(1)在确定加速度与物体的受力情况、物体的质量之间的关系时，我们一般采用控制变量法，即先保持一个量不变，测量另外两个量之间关系的方法(2)在探究加速度与质量的关系时，要保持物体所受合外力不变，而改变物体的质量 设斜面与水平桌面的夹角为，小车的质量为 M，把小车放在斜面上，忽略小车与斜面间的摩擦，则小车所受合外力大小为 Mgsin，增大小车的质量而 第 3 页 保持合外力不变，需要减小夹角.结论：当物体所受合外力大小保持不变时，物体质量越大，其加速度将越小，反之则越大 再判断 1探究加速度与力、质量的关系的实验是通过同时改变小车的质量 m 及受到的拉力 F 的研究，归纳

3、出加速度、力、质量三者之间的关系()2探究 a、F、m 的关系时，可以通过保持 F 不变，只改变 m 的研究，就可以得出 a、F、m 三者之间的关系()3探究 a、F、m 的关系的实验，是通过先保持小车质量不变，研究加速度与力的关系，再保持小车受力不变，研究加速度与质量的关系，最后归纳出 a、F、m 三者之间的关系()后思考 如图 4-2-1 所示，赛车运动是一项非常刺激的运动项目拥有一辆好的赛车对比赛是非常重要的，尤其是赛车的加速性能生产厂家总是不断地改变车的材料，改进发动机，以追求更优越的加速性能应该从哪些方面入手呢？有什么依据？图 4-2-1【提示】应减小赛车质量，改进发动机性能依据是物

4、体的加速度与质量和所受外力有关 合作探讨 探讨 1：在实验结果中是否一定要强调“合”外力？【提示】是，一个物体受几个力的作用，最终是看合外力的效果如何 探讨 2：加速度是矢量，由实验中得出其方向由什么因素决定？【提示】力是矢量，质量是标量，由实验可得加速度的方向由合外力的方向决定，即与合外力的方向相同 核心点击 1探究加速度与物体所受合外力的关系(1)探究目的 第 4 页 验证猜想：小车质量保持不变时，小车所受合外力越大，加速度越大；反之合外力越小，加速度越小(2)探究实验设计 如图 4-2-2 所示，让小车从斜面上由静止释放；图 4-2-2 记下小车的运动时间 t；从斜面上读出小车的位移 s

5、；由 a2st2可求出小车的加速度；改变斜面与水平面的夹角，可以改变小车受到的合力大小，重做上面的实验(3)探究结论 当物体的质量保持不变时，物体受到的合外力逐渐增大，其加速度将逐渐增大；反之，物体受到的合外力逐渐减小，其加速度也逐渐减小加速度的方向与合外力的方向相同 2探究加速度与物体质量的关系(1)探究目的 验证猜想：小车所受合外力不变时，小车的质量越大，加速度就越小；反之，质量越小，加速度就越大(2)探究实验设计 把小车放在斜面上，用弹簧测力计沿斜面向上拉小车，使小车保持静止或做匀速直线运动，记下弹簧测力计的示数 将小车从斜面上由静止释放，用秒表记录小车的运动时间并读出小车的位移由 a2

6、st2可求出小车的加速度 在小车上增加砝码，重复实验(3)探究结论 当物体所受合外力保持不变时，小车的质量越大，其加速度越小，反之则越大 1在“探究物体的加速度与力、质量的关系”时，下列说法中正确的是()第 5 页 A同时测出物体的质量、加速度和力，能容易发现三者之间的关系 B保持物体的质量不变，一定要测出加速度的数值，才能找出加速度与力的关系 C可以利用物体做自由落体运动来探究加速度与质量的关系 D如果加速度与力的图象是一条过原点的倾斜直线，则加速度与力成正比【解析】判断三个量之间的关系时，应保持一个量不变，来探究另两个量之间的关系，即采取控制变量法，A 错；本实验只是探究两个量之间的关系，

7、只要找到二者之间的比例关系即可，不一定要测出加速度的具体数值，B 错；自由落体运动加速度恒为 g，不随质量而变化，C 错【答案】D 2在“探究加速度与力、质量的定量关系”的实验中，采用的研究方法是()A理想实验法 B控制变量法 C替代法 D类比法【解析】在研究三个物理量之间的关系时，先让其中一个量不变，研究另外两个量之间的关系，最后总结三个量之间的关系，这种方法叫控制变量法故选项 B 正确【答案】B 3在“探究加速度与力、质量的关系”活动中，某小组设计了如图 4-2-3所示的实验装置图中上下两层水平轨道表面光滑，两小车前端系上细线，细线跨过滑轮并挂上砝码盘，两小车尾部细线连到控制装置上，实验时

8、通过控制装置使两小车同时开始运动，然后同时停止 图 4-2-3(1)在安装实验装置时，应调整滑轮的高度，使_；在实验时，为减小系统误差，应使砝码盘和砝码的总质量_小车的质量(选填“远大于”“远小于”或“等于”)(2)本实验通过比较两小车的位移来比较小车加速度的大小，能这样比较，第 6 页 是因为_ _.【解析】(1)拉小车的水平细线要与轨道平行只有在砝码盘和砝码的总质量远小于小车质量时，才能认为砝码盘和砝码的总重力等于细线拉小车的力 (2)对初速度为零的匀加速直线运动，时间相同时，根据s12at2，得a1a2s1s2.【答案】(1)细线与轨道平行(或水平)远小于(2)两小车从静止开始做匀加速直

9、线运动，且两小车的运动时间相等 控制变量法 加速度的大小既与物体受到的力的大小有关，也与物体的质量有关，研究 a与 F 及物体的质量 m 间的关系时，质量 m 与力 F 不能同时改变，应控制物体的质量 m 不变研究 a 与 F 的关系，控制 F 不变研究 a 与 m 的关系，即采用控制变量法 探 究 加 速 度 与 力、质 量 的 定 量 关 系 先填空 1实验装置(如图 4-2-4 所示)图 4-2-4 气垫导轨：减少轨道摩擦 光电门：光电门对时间的记录是非常准确的，如果能测得挡光片的宽度 L和挡光片经过光电门的时间 t，就可以求得挡光片通过光电门的平均速度如果挡光片很窄，可以认为这个速度就

10、是挡光片通过光电门的瞬时速度 2实验原理：实验的基本思想控制变量法(1)保持研究对象即滑块的质量不变，改变钩码的数量，即改变拉力，探究加速度与所受合外力之间的定量关系(2)保持滑块的受力不变，研究加速度与质量之间的定量关系 3实验数据的图象表示 第 7 页 通过对数据的记录和分析，可以得到 a-F、a-1M的图象，在误差允许范围内，a-F、a-1M图线都是直线，说明了加速度与合外力、质量之间的关系 再判断 1物体所受的合外力越大，物体的加速度一定越大()2物体的质量越大，物体的加速度一定越小()3物体所受的合外力越大，质量越小，则物体的加速度一定越大()后思考 为什么本实验在处理实验数据时画的

11、是 a-1M图象而不是画 a-M 图象？【提示】本实验若画 a-M 图象，可以得到一条类似于双曲线的曲线，给我们暗示了 a-M 之间可能存在反比关系，但这样的判断并不够准确因为直线最直观，所以此时，我们必须想办法把曲线转换成直线，也就是作出 a-1M图象，再进行分析 合作探讨 探讨 1：探究加速度和质量的关系时如何改变物体所受的合外力？【提示】保持滑块质量不变，通过增减砝码的数量来改变拉力的大小，即改变合外力的大小 探讨 2：作图象时一定要作 a-M 的图象吗？【提示】作出 a-M 图象是一条曲线，性质不好判断而作 a-1M图象是过坐标原点的直线，易判a 与1M的关系，故作图象时不一定要作a-

12、M 的图象 核心点击 1实验原理(1)控制变量法 保持滑块的质量不变，改变其所受合外力探究 a 与 F 的关系 保持滑板所受的合外力不变，改变其质量探究 a 与 M 的关系 第 8 页(2)三个物理量的测量方法 滑块质量的测量 利用天平测出，在滑块上增减橡皮泥可改变滑块的质量 拉力的测量 在砝码的质量远小于滑块质量的情况下，可以认为砝码的重力近似等于滑块受到的拉力，即 Fmg.加速度的测量：在气垫导轨中间选一段距离 s，在 s 两端设置两个光电门，分别测出滑块通过 s 两端的始、末速度 v1和 v2，则滑块的加速度为 av22v212s.2实验器材 气垫导轨、滑块(包括挡光片)、橡皮泥、光电门

13、、数字计时器、砝码、天平 3实验与探究(1)实验装置如图 4-2-5 所示，让滑块在砝码拉力的作用下做加速运动，记录下滑块通过光电门的速度、砝码的质量、两光电门间的距离 图 4-2-5(2)保持滑块质量不变，通过增加(或减少)砝码的数量来改变拉力的大小重复实验 3 次(3)将实验结果填入表一，并计算每一次滑块的加速度 a.表一 滑块质量 M_kg 砝码的质量m/kg 滑块所受拉力大小的近似值 F/N 滑块通过光电门 1 的速度 v1/(ms)滑块通过光电门 2 的速度v2(ms1)两光电门间的距离s/m 滑块加速度的计算值 a/(ms2)(4)用纵坐标表示加速度，横坐标表示作用力，根据实验结果

14、画出滑块运动的 a-F 图象，从而得出 a 与 F 的关系(5)保持砝码的质量不变，即滑块所受的拉力不变，记下滑块通过光电门的 第 9 页 速度 v1、v2.在滑块上增加(或减少)橡皮泥来改变滑块的质量，重复进行几次实验，记下实验数据，将实验结果填入表二 表二 拉力 F_N 滑块(含橡 皮泥)的质 量 M/kg 滑块(含橡皮 泥)质量的倒 数1M/(kg1)滑块通过光 电门1的速度 v1/(ms1)滑块通过光电门 2的速度 v2/(ms1)两光电门 间的距离 s/m 滑块加速度 的计算值 a/(ms2)(6)用纵坐标表示加速度，横坐标表示1M，画出滑块运动的 a-1M图象，得出 a与1M的关系

15、，从而得出 a 与 M 的关系(7)实验结论：当 M 一定时，a 与 F 成正比；当 F 一定时 a 与 M 成反比 4实验数据的处理方法图象法、“化曲为直”法(1)研究加速度 a 和力 F 的关系以加速度 a 为纵坐标，以力 F 为横坐标，根据测量数据描点，然后作出图象，如图 4-2-6 所示，若图象是一条通过原点的直线，就能说明 a 与 F 成正比 图 4-2-6(2)研究加速度 a 与质量 M 的关系如图 4-2-7 所示，因为 a-M 图象是曲线，检查 a-M 图象是不是双曲线，就能判断它们之间是不是反比例关系，但检查这条曲线是不是双曲线，相当困难若 a 和 M 成反比，则 a 与1M

16、必成正比我们采取“化曲为直”的方法，以 a 为纵坐标，以1M为横坐标，作出 a-1M图象，若a-1M图象是一条直线，说明 a 与1M成正比，即 a 与 M 成反比 图 4-2-7 5实验注意事项 第 10 页(1)气垫导轨是较精密仪器，实验中必须避免导轨受碰撞、摩擦而变形、损伤，没有给气垫导轨通气时，不准在导轨上强行推动滑块(2)实验时滑块的速度不能太大，以免在与导轨两端缓冲弹簧碰撞后跌落而使滑块受损(3)实验中滑块由静止释放，应防止砝码盘摆动且滑块最好在同一位置处释放，这样便于检查数据的准确性(4)用图象法处理实验数据，作图时应使尽可能多的点在直线上，不在直线上的点尽可能分布在所作直线的两侧

17、，偏离直线太远的点应舍弃掉 4 如图 4-2-8 所示为某同学所安装的“探究加速度与力、质量的定量关系”的实验装置，在图示状态下开始做实验，该同学的装置和操作中的主要错误是(至少写出三个错误)：图 4-2-8(1)_(2)_(3)_【解析】由图可知，本实验存在以下错误：长木板右端未垫高以平衡摩擦力(或没有平衡摩擦力)；错用了直流电源(或应该用交流电)；牵引小车的细线与板不平行；开始实验时，小车离滑轮太近(或小车离打点计时器太远、牵引小车的细线太短)；钩码不能满足远小于小车质量的条件，应换用沙桶(只说换用桶不给分，必须说明原因才行)【答案】见解析 5在“探究加速度与力、质量的定量关系”的实验中如

18、果测得某一物体m 一定时，a 与 F 的关系的有关数据资料如表：a/(ms2)第 11 页 F/N (1)根据表中数据，画出 a-F 图象(2)由 a-F 图象可以判定：当 m 一定时，a 与 F 的关系为_【解析】(1)由实验数据，以加速度 a 为坐标纵轴，以合外力 F 为坐标横轴，描点作 a-F 图象如图所示，显然，图象是一条过原点的直线(2)由图可知 a-F 图象是一条直线，故可得，在小车质量 m 一定时，加速度a 与合外力 F 成正比关系【答案】见解析 1小车质量改变后，不需重新平衡摩擦力 2用图象法处理数据的一般方法是先描点，然后用平滑的曲线把所描的点连接起来，连线时不要连成折线本实验连线时要让直线通过尽量多的点，不在一条直线上的点要均匀分布在直线的两侧这样做的目的是为了减小实验中的偶然误差，类似用求平均值的方法来减小误差一样