秋高中物理 42实验探究加速度与力质量的关系学案+检测 新人教版必修1Word格式文档下载.docx

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（1）小车质量的测量

利用天平测出，在小车上增减砝码可改变小车的质量．

（2）拉力的测量

当小桶和砂的质量远小于小车的质量时，可以认为小桶和砂的重力近似等于对小车的拉力，即F≈mg.

（3）加速度的测量：

逐差法．

2．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2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2

（2）研究加速度a与物体质量m的关系

如图3甲所示，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与必成正比．我们采用“化曲为直”的方法，以a为纵坐标，以为横坐标，作出a－图象，若a－图象是一条过原点的直线，如图乙所示，说明a与成正比，即a与m成反比．

图3

四、实验步骤

1．用天平测出小车的质量M，并把数值记录下来．

2．按图4所示的装置把实验器材安装好．

图4

3．平衡摩擦力：

在长木板不带定滑轮的一端下面垫一木块，多次移动木块位置，直到轻推小车，使小车在斜面上运动时可保持匀速直线运动为止．

4．在小桶里放入适量的砂，在小车上加放适量的砝码，用天平测出小桶和砂的质量m，并记录下来．接通电源，放开小车，待打点计时器在纸带上打好点后取下纸带．

5．保持小车的质量不变，改变砂和小桶的质量，按步骤4再做5次实验．

6．在每条纸带上选取一段比较理想的部分，算出每条纸带对应的加速度的值并记录在表格的相应位置．

次数

1

2

3

4

5

6

小车加速度a/（m·

s－2）

砂和小桶的质量m/kg

拉力F/N

7.用纵坐标表示加速度，横坐标表示作用力，根据实验结果画出小车运动的a－F图象，从而得出a－F的关系．

8．保持砂和小桶的质量不变，在小车上加放砝码，重复上面的实验，求出相应的加速度，并设计表格如下．根据实验结果画出小车运动的a－图象，从而得出a－M的关系.

小车质量M/kg

/kg－1

9.整理实验器材，结束实验．

五、注意事项

1．实验中应先接通电源后释放小车．

2．在平衡摩擦力时，不要悬挂小桶，但小车应连着纸带且接通电源．用手轻轻地给小车一个初速度，如果在纸带上打出的点间隔均匀，表明小车受到的阻力跟它受到的重力沿斜面向下的分力平衡．

3．改变砂的质量过程中，要始终保证砂桶（包括砂）的质量远小于小车的质量．

4．作图时应使所作的直线通过尽可能多的点，不在直线上的点也要尽可能地分布在直线的两侧，但若遇到个别偏离较远的点可舍去．

例　某实验小组利用图5所示的装置探究加速度与力、质量的关系．

图5

（1）下列做法正确的是________（填字母代号）．

A．调节滑轮的高度，使牵引木块的细绳与长木板保持平行

B．在调节长木板倾斜度平衡木块受到的滑动摩擦力时，将装有砝码的砝码桶通过定滑轮拴在木块上

C．实验时，先放开木块再接通打点计时器的电源

D．通过增减木块上的砝码改变质量时，不需要重新调节木板倾斜度

（2）当木块（及木块上的砝码）的质量M与小桶（包括桶内砝码）的质量m的大小关系满足______________时，才可以认为细绳对木块的拉力大小等于桶及桶中砝码的重力．

（3）图6是甲、乙两同学研究了加速度与力的关系，并根据实验数据画出的图象．

图6

形成图线甲的原因是__________________________．

形成图线乙的原因是__________________________．

解析　

（1）实验中细绳要与长木板保持平行，A项正确；

平衡摩擦力时不能将装有砝码的砝码桶通过细绳绕过滑轮拴在木块上，这样无法平衡摩擦力，B项错误；

实验时应先接通打点计时器的电源再放开木块，C项错误；

平衡摩擦力后，改变木块上的砝码的质量后不需要重新平衡摩擦力，D项正确．

（2）验证牛顿第二定律的实验中，要保证M≫m，才能保证细绳的拉力约等于m的重力．

（3）图线甲中F＝0时，木块就有了加速度，可见是长木板倾角过大．图线乙中，有了拉力时，加速度仍为0，说明未平衡摩擦力或长木板倾角过小．

答案　

（1）AD　

（2）M≫m　（3）长木板倾角过大　未平衡摩擦力或长木板倾角过小

如图7甲所示，在探究加速度与力、质量的关系实验中，小车及车中砝码的质量用M表示，盘及盘中砝码的质量用m表示，小车的加速度可由小车后面拖动的纸带打上的点计算出．

（1）当M与m的大小关系满足________时，才可以认为绳对小车的拉力大小约等于盘及盘中砝码的重力．

（2）一组同学在做加速度与质量的关系实验时，保持盘及盘中砝码的质量一定，改变小车及车中砝码的质量，测出相应的加速度，采用图象法处理数据．为了比较容易地观测加速度a与质量M的关系，应该做a与__________的图象．

图7

（3）乙、丙同学用同一装置做实验，画出了各自得到的a—图线如图乙所示，两个同学做实验时的盘及盘中砝码的质量m乙__________（填“大于”“小于”或“等于”）m丙．

答案　

（1）M≫m　

（2）　（3）大于

解析　

（1）验证牛顿第二定律的实验中，要使M≫m，才能保证绳子的拉力等于m的重力．

（2）根据牛顿第二定律可知，合力一定时，a与M成反比，因为反比例函数图象是曲线，而根据曲线很难判定出自变量和因变量之间的关系．正比例函数图象是过坐标原点的一条直线，就比较容易判定自变量和因变量之间的关系，所以实验数据处理时应作出a与的图象．

（3）在小车质量M相同的情况下，拉力越大，加速度越大，实验中我们又认为绳对小车的拉力大小等于盘和盘中砝码的重力，所以两个同学做实验时盘中砝码的质量不同，m乙大于m丙．

1.在利用打点计时器探究加速度与力、质量的关系的实验中，以下做法正确的是（　　）

A．平衡摩擦力时，应将重物用细绳通过定滑轮系在小车上

B．每次改变小车的质量时，不需要重新平衡摩擦力

C．实验时，先放开小车，后接通电源

D．“重物的质量远小于小车的质量”这一条件如不满足，对探究过程也不会产生影响

答案　B

2．如图1所示，在探究加速度和力、质量的关系的实验中，若1、2两个相同的小车所受拉力分别为F1、F2，车中所放砝码的质量分别为m1、m2，打开夹子后经过相同的时间两车的位移分别为x1、x2，则在实验误差允许的范围内，有（　　）

A．当m1＝m2、F1＝2F2时，x1＝2x2

B．当m1＝m2、F1＝2F2时，x2＝2x1

C．当F1＝F2、m1＝2m2时，x1＝2x2

D．当F1＝F2、m1＝2m2时，x2＝2x1

答案　A

3．利用如图2甲所示的装置探究“质量一定，加速度与力的关系”实验时，甲同学根据实验数据画出的小车的加速度a和小车所受拉力F的图象如图乙中的直线Ⅰ所示，乙同学画出的a－F图象如图乙中的直线Ⅱ所示．直线Ⅰ、Ⅱ在两个坐标轴上的截距都比较大，明显超出了误差范围，下面关于形成这种状况的解释正确的是（　　）

A．实验前甲同学没有平衡摩擦力

B．甲同学在平衡摩擦力时，把长木板不带滑轮的一端垫得过高了

C．实验前乙同学没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不够

D．乙同学在平衡摩擦力时，把长木板不带滑轮的一端垫得过高了

答案　BC

解析　图线Ⅰ表明不对小车施加拉力小车就有加速度，说明平衡摩擦力过度，即把长木板不带滑轮的一端垫得过高了．图线Ⅱ表明对小车施加的拉力达到一定程度后，小车才加速运动，说明没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不够．

4．用如图3所示的装置探究在作用力F一定时，小车的加速度a与小车质量M的关系，某位同学设计的实验步骤如下：

A．用天平称出小车和小桶及其内部所装砂子的质量

B．按图装好实验器材

C．把轻绳系在小车上并绕过定滑轮悬挂砂桶

D．将电磁打点计时器接在6V电压的蓄电池上

E．先放开小车，再接通电源，打点计时器在纸带上打下一系列点，并在纸带上标明小车质量

F．保持小桶及其内部所装砂子的质量不变，增加小车上的砝码个数，并记录每次增加后的M值，重复上述实验

G．分析每条纸带，测量并计算出加速度的值

H．作a－M关系图象，并由图象确定a－M关系

（1）该同学漏掉的重要实验步骤是________，该步骤应排在实验步骤________之后．

（2）在上述步骤中，有错误的是________、________，应改为__________．

（3）在上述步骤中，处理不恰当的是______，应把__________改为____________．

答案　

（1）平衡摩擦力　B　

（2）D、E　D中“6V电压的蓄电池”改为“4～6V交流电压的学生电源”　E中“先放开小车，再接通电源”改为“先接通电源，再放开小车”　（3）H　作a－M关系图象　作a－关系图象

解析　实验中把小桶及其内所装砂子的重力看做与小车所受的拉力大小相等，实验中没有考虑摩擦力的作用，故必须平衡摩擦力．电磁打点计时器接在6V电压的蓄电池上将无法工作，必须接在4～6V交流电压的学生电源上．作a－M关系图象，得到的是双曲线，很难作出正确的判断，必须“化曲为直”，改为作a－关系图象．

5．某同学设计了一个“探究加速度与力、质量的关系”实验．如图4所示为实验装置简图，A为小车，B为电火花计时器，C为装有砝码的小桶，D为一端带有定滑轮的长方形木板．电源频率为50Hz.

（1）平衡摩擦力后，可认为细绳对小车的拉力F等于砝码和小桶的总重力，需满足的条件是________________．

（2）图5为某次实验得到的纸带（纸带上的点为实际打下的点），根据图中的纸带和相关数据可求出小车的加速度大小a＝__________m/s2.（结果取两位有效数字）

（3）在“探究加速度与质量的关系”时，保持砝码和小桶的总质量不变，改变小车质量M，分别得到小车加速度a与质量M的数据如下表：

7

8

9

1.98

1.72

1.48

1.25

1.00

0.75

0.48

0.50

0.30

0.25

0.29

0.33

0.40

0.71

1.67

根据上表数据，为直观反映F不变时a与M的关系，请在图6所示坐标纸中选择恰当的物理量建立