2018-2019高中物理 第5章 研究力和運動的關(guān)系 5.2 探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系學案 滬科版必修1.doc
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52探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系目標定位1.學會用控制變量法研究物理規(guī)律.2.會測量加速度、力和質(zhì)量,能作出物體運動的aF、a圖像.3.通過實驗探究加速度與力、質(zhì)量的定量關(guān)系一、實驗器材小車、砝碼、小桶、砂、細線、一端附有定滑輪的長木板、墊木、打點計時器、學生電源、紙帶、刻度尺、天平二、實驗原理實驗的基本思想控制變量法1保持研究對象即小車的質(zhì)量不變,改變小桶內(nèi)砂的質(zhì)量,即改變作用力,測出小車的對應加速度,驗證加速度是否正比于作用力2保持小桶中砂的質(zhì)量不變,即保持作用力不變,改變研究對象的質(zhì)量,測出對應不同質(zhì)量的加速度,驗證加速度是否反比于質(zhì)量三、實驗方案的設計1三個物理量的測量方法近似法本實驗的研究對象:放在長木板上的小車在拉力的作用下做勻加速直線運動(裝置如圖1所示)圖1(1)小車質(zhì)量的測量利用天平測出,在小車上增減砝碼可改變小車的質(zhì)量(2)拉力的測量當小桶和砂的質(zhì)量遠小于小車的質(zhì)量時,可以認為小桶和砂的重力近似等于對小車的拉力,即Fmg.(3)加速度的測量:逐差法2實驗數(shù)據(jù)的處理方法圖像法、“化曲為直”法(1)研究加速度a和力F的關(guān)系圖2以加速度a為縱坐標,以力F為橫坐標,根據(jù)測量數(shù)據(jù)描點,然后作出圖像,如圖2所示,若圖像是一條通過原點的直線,就能說明a與F成正比(2)研究加速度a與物體質(zhì)量m的關(guān)系如圖3甲所示,因為am圖像是曲線,檢查am圖像是不是雙曲線,就能判斷它們之間是不是反比例關(guān)系,但檢查這條曲線是不是雙曲線,相當困難若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,以為橫坐標,作出a圖像,若a圖像是一條直線,如圖乙所示,說明a與成正比,即a與m成反比圖3四、實驗步驟1用天平測出小車的質(zhì)量M,并把數(shù)值記錄下來2按圖4所示的裝置把實驗器材安裝好圖43平衡摩擦力:在長木板不帶定滑輪的一端下面墊一木塊,多次移動木塊位置,直到輕推小車,使小車在斜面上運動時可保持勻速直線運動為止4在小桶里放入適量的砂,在小車上加放適量的砝碼,用天平測出小桶和砂的質(zhì)量m,并記錄下來接通電源,放開小車,待打點計時器在紙帶上打好點后取下紙帶5保持小車的質(zhì)量不變,改變砂和小桶的質(zhì)量,按步驟4再做5次實驗6在每條紙帶上選取一段比較理想的部分,算出每條紙帶對應的加速度的值并記錄在表格的相應位置.次數(shù)123456小車加速度a/(ms2)砂和小桶的質(zhì)量m/kg拉力F/N7.用縱坐標表示加速度a,橫坐標表示作用力F,根據(jù)實驗結(jié)果畫出小車運動的aF圖像,從而得出aF的關(guān)系8保持砂和小桶的質(zhì)量不變,在小車上增減砝碼,重復上面的實驗,求出相應的加速度,并設計表格如下根據(jù)實驗結(jié)果畫出小車運動的a圖像,從而得出aM的關(guān)系.次數(shù)123456小車加速度a/(ms2)小車質(zhì)量M/kg/kg19.整理實驗器材,結(jié)束實驗五、注意事項1實驗中應先接通電源后釋放小車2在平衡摩擦力時,不要懸掛小桶,但小車應連著紙帶且接通電源用手輕輕地給小車一個初速度,如果在紙帶上打出的點的間隔均勻,表明小車受到的阻力跟它受到的重力沿斜面向下的分力平衡3改變砂的質(zhì)量過程中,要始終保證砂桶(包括砂)的質(zhì)量遠小于小車的質(zhì)量4作圖時應使所作的直線通過盡可能多的點,不在直線上的點也要盡可能的分布在直線的兩側(cè),但若遇到個別偏離較遠的點可舍去例題某實驗小組利用圖5所示的裝置探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系圖5(1)(多選)下列做法正確的是()A調(diào)節(jié)滑輪的高度,使牽引木塊的細繩與長木板保持平行B在調(diào)節(jié)木板傾斜度平衡木塊受到的滑動摩擦力時,將裝有砝碼的砝碼桶通過定滑輪拴在木塊上C實驗時,先放開木塊再接通打點計時器的電源D通過增減木塊上的砝碼改變質(zhì)量時,不需要重新調(diào)節(jié)木板傾斜度(2)當小車(及車中砝碼)的質(zhì)量M與小桶(包括桶內(nèi)砝碼)的質(zhì)量m的大小關(guān)系滿足_時,才可以認為繩對小車的拉力大小等于桶及桶中砝碼的重力(3)圖6是甲、乙兩同學研究了加速度與力的關(guān)系并根據(jù)實驗數(shù)據(jù)畫出的圖像圖6形成圖線甲的原因是_形成圖線乙的原因是_解析(1)實驗中細繩要與長木板保持平行,A項正確;平衡摩擦力時不能將裝有砝碼的砝碼桶通過細繩繞過滑輪拴在木塊上,這樣無法平衡摩擦力,B項錯誤;實驗時應先接通打點計時器的電源再放開木塊,C項錯誤;平衡摩擦力后,改變木塊上的砝碼的質(zhì)量后不再需要重新平衡摩擦力,D項正確(2)驗證牛頓第二定律的實驗中,要保證Mm,才能保證繩子的拉力等于m的重力(3)圖線甲中F0時,木塊就有了加速度,可見是長木板傾角過大圖線乙中,有了拉力時,加速度仍為0,說明未平衡摩擦力或長木板傾角過小答案(1)AD(2)Mm(3)長木板傾角過大未平衡摩擦力或長木板傾角過小如圖7甲所示在探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系實驗中,小車及車中砝碼的質(zhì)量用M表示,盤及盤中砝碼的質(zhì)量用m表示,小車的加速度可由紙帶上的點計算出(1)當M與m的大小關(guān)系滿足_時,才可以認為繩對小車的拉力大小等于盤及盤中砝碼的重力(2)一組同學在做加速度與質(zhì)量的關(guān)系實驗時,保持盤及盤中砝碼的質(zhì)量一定,改變小車及車中砝碼的質(zhì)量,測出相應的加速度,采用圖像法處理數(shù)據(jù)為了比較容易地觀測加速度a與質(zhì)量M的關(guān)系,應該做a與_的圖像圖7(3)乙、丙同學用同一裝置做實驗,畫出了各自得到的a圖線如圖乙所示,兩個同學做實驗時的盤及盤中砝碼的質(zhì)量m乙_(填“大于”“小于”或“等于”)m丙答案(1)Mm(2)(3)大于解析(1)驗證牛頓第二定律的實驗中,要保證Mm,才能保證繩子的拉力等于m的重力;(2)根據(jù)牛頓第二定律可知,合力一定時,a與M成反比,因為反比例函數(shù)圖像是曲線,而根據(jù)曲線很難判定出自變量和因變量之間的關(guān)系;正比例函數(shù)圖像是過坐標原點的一條直線,就比較容易判定自變量和因變量之間的關(guān)系所以實驗數(shù)據(jù)處理時作出a與的圖像;(3)在小車質(zhì)量M相同的情況下,拉力越大,加速度越大,實驗中我們又認為繩對小車的拉力大小等于盤和盤中砝碼的重力所以兩個同學做實驗時盤中砝碼的質(zhì)量不同,m乙大于m丙1在利用打點計時器探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系的實驗中,以下做法正確的是()A平衡摩擦力時,應將重物用細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實驗時,先放開小車,后接通電源D“重物的質(zhì)量遠小于小車的質(zhì)量”這一條件如不滿足,對探究過程也不會產(chǎn)生影響答案B2如圖1所示,在探究加速度和力、質(zhì)量關(guān)系的實驗中,若1、2兩個相同的小車所受拉力分別為F1、F2,車中所放砝碼的質(zhì)量分別為m1、m2,打開夾子后經(jīng)過相同的時間兩車的位移分別為s1、s2,則在實驗誤差允許的范圍內(nèi),有()圖1A當m1m2、F12F2時,s12s2B當m1m2、F12F2時,s22s1C當F1F2、m12m2時,s12s2D當F1F2、m12m2時,s22s1答案A3(多選)利用如圖2甲所示的裝置探究“質(zhì)量一定,加速度與力的關(guān)系”實驗時,甲同學根據(jù)實驗數(shù)據(jù)畫出的小車的加速度a和小車所受拉力F的圖像如圖乙中的直線所示,乙同學畫出的aF圖像如圖乙中的直線所示直線、在兩個坐標軸上的截距都比較大,明顯超出了誤差范圍,下面關(guān)于形成這種狀況的解釋正確的是() 圖2A實驗前甲同學沒有平衡摩擦力B甲同學在平衡摩擦力時,把長木板不帶滑輪的一端墊得過高了C實驗前乙同學沒有平衡摩擦力或平衡摩擦力不夠D乙同學在平衡摩擦力時,把長木板不帶滑輪的一端墊得過高了答案BC解析圖線表明不對小車施加拉力小車就有加速度,說明平衡摩擦力過度,即把長木板不帶滑輪的一端墊得過高了圖線表明對小車施加的拉力達到一定程度后,小車才加速運動,說明沒有平衡摩擦力或平衡摩擦力不夠4用如圖3所示的裝置探究在作用力F一定時,小車的加速度a與小車質(zhì)量M的關(guān)系,某位同學設計的實驗步驟如下:圖3A用天平稱出小車和小桶及其內(nèi)部所裝砂子的質(zhì)量B按圖裝好實驗器材C把輕繩系在小車上并繞過定滑輪懸掛砂桶D將電磁打點計時器接在6 V電壓的蓄電池上,接通電源,放開小車,打點計時器在紙帶上打下一系列點,并在紙帶上標明小車質(zhì)量E保持小桶及其內(nèi)部所裝砂子的質(zhì)量不變,增加小車上的砝碼個數(shù),并記錄每次增加后的M值,重復上述實驗F分析每條紙帶,測量并計算出加速度的值G作aM關(guān)系圖像,并由圖像確定aM關(guān)系(1)該同學漏掉的重要實驗步驟是_,該步驟應排在實驗步驟_之后(2)在上述步驟中,有錯誤的是_,應把_改為_(3)在上述步驟中,處理不恰當?shù)氖莀,應把_改為_答案(1)平衡摩擦力B(2)D6 V電壓的蓄電池46 V交流電壓的學生電源(3)G作aM關(guān)系圖像作a關(guān)系圖像解析實驗中把小桶及其內(nèi)所裝砂子的重力看做與小車所受的拉力大小相等,實驗中沒有考慮摩擦力的作用,故必須平衡摩擦力電磁打點計時器接在6 V電壓的蓄電池上將無法工作,必須接在46 V交流電壓的學生電源上作aM關(guān)系圖像,得到的是雙曲線,很難作出正確的判斷,必須“化曲為直”,改作a關(guān)系圖像5某同學設計了一個“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”實驗如圖4所示為實驗裝置簡圖,A為小車,B為電火花打點計時器,C為裝有砝碼的小桶,D為一端帶有定滑輪的長方形木板電源頻率為50 Hz.圖4(1)平衡摩擦力后,可認為細繩對小車的拉力F等于砝碼和小桶的總重力,需滿足的條件是_(2)圖5為某次實驗得到的紙帶(紙帶上的點為實際打下的點),根據(jù)圖中的紙帶和相關(guān)數(shù)據(jù)可求出小車的加速度大小a_m/s2.(結(jié)果取兩位有效數(shù)字)圖5(3)在“探究加速度與質(zhì)量的關(guān)系”時,保持砝碼和小桶的總質(zhì)量不變,改變小車質(zhì)量M,分別得到小車加速度a與質(zhì)量M的數(shù)據(jù)如下表:次數(shù)123456789小車加速度a/(ms2)1.981.721.481.251.000.750.480.500.30小車質(zhì)量M/kg0.250.290.330.400.500.710.751.001.67/kg1根據(jù)上表數(shù)據(jù),為直觀反映F不變時a與M的關(guān)系,請在圖6所示坐標紙中選擇恰當?shù)奈锢砹拷⒆鴺讼?,并作出圖線(如有需要,可利用上表中空格)圖6答案(1)砝碼和小桶的總質(zhì)量遠小于小車的質(zhì)量(2)3.2(3)求出小車質(zhì)量的倒數(shù),作出a圖線如圖所示次數(shù)123456789小車加速a/(ms2)1.981.721.481.251.000.750.480.500.30小車質(zhì)量M/kg0.250.290.330.400.500.710.751.001.67/kg14.003.453.032.502.001.411.331.000.60解析(1)平衡摩擦力后,設砝碼和小桶的總質(zhì)量為m,小車的質(zhì)量為M,對小車、小桶組成的系統(tǒng),由牛頓第二定律得mg(mM)a,解得a,可見,當Mm時,a.以小車為研究對象,當滿足條件“砝碼和小桶的總質(zhì)量遠小于小車質(zhì)量”時,可認為細繩對小車的拉力F等于砝碼和小桶的總重力;(2)從題圖中所給數(shù)據(jù)可以求得T0.04 s,a3.2 m/s2;(3)利用上表中空格,先求出小車質(zhì)量的倒數(shù),然后建立a坐標,作出a圖線6“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”的實驗裝置如圖7甲所示圖7(1)在平衡小車與桌面之間摩擦力的過程中,打出了一條紙帶如圖乙所示計時器打點的時間間隔為0.02 s,從比較清晰的點起,每5個點取一個計數(shù)點,量出并標出相鄰計數(shù)點之間的距離該小車的加速度a_ m/s2.(2)平衡摩擦力后,將5個相同的砝碼都放在小車上掛上砝碼盤,然后每次從小車上取一個砝碼添加到砝碼盤中,測量小車的加速度小車的加速度a與砝碼盤中砝碼總重力F的實驗數(shù)據(jù)如下表:砝碼盤中砝碼總重力F/N0.1960.3920.5880.7840.980加速度a/(ms2)0.691.181.662.182.70請根據(jù)實驗數(shù)據(jù)在圖8所示坐標系中作出aF的關(guān)系圖像圖8(3)根據(jù)提供的實驗數(shù)據(jù)作出的aF圖線不通過原點,請說明主要原因答案(1)0.16(2)見解析圖(3)計算F時忘記加入砝碼盤的重力解析(1)由題意可知計數(shù)間隔T5T00.1 s.由題圖乙可知s0.16 cm1.6103 m,由saT2可得a0.16 m/s2.(2)aF圖線如圖所示(3)平衡小車與桌面之間的摩擦力后,aF圖像仍不通過原點,可能是在計算F時忘記加入砝碼盤的重力,使作出的圖像向左平移造成的7為了探究加速度與力的關(guān)系,使用如圖9所示的氣墊導軌裝置進行實驗其中G1、G2為兩個光電門,它們與數(shù)字計時器相連,當滑行器通過G1、G2光電門時,光束被遮擋的時間t1、t2都可以被測量并記錄滑行器連同上面固定的一條形擋光片的總質(zhì)量為M,擋光片寬度為D,光電門間距離為s,牽引砝碼的質(zhì)量為m.回答下列問題:圖9(1)實驗開始應先調(diào)節(jié)氣墊導軌下面的螺釘,使氣墊導軌水平,在不增加其他儀器的情況下,如何判定調(diào)節(jié)是否到位?(2)若取M0.4 kg,改變m的值,進行多次實驗,以下m的取值不合適的一個是_Am15 gBm215 gCm340 g Dm4400 g(3)在此實驗中,需要測得每一個牽引力對應的加速度,其中求得的加速度a的表達式為:_.(用t1、t2、D、s表示)答案(1)見解析(2)D(3)a解析(1)取下牽引砝碼,滑行器放在任意位置都不動,或取下牽引砝碼,輕推滑行器,數(shù)字計時器記錄每一個光電門的光束被遮擋的時間t都相等(2)本實驗只有在滿足mM的條件下,才可以用牽引砝碼的重力近似等于對滑行器的拉力,所以D是不合適的(3)由于擋光片通過光電門的時間很短,所以可以認為擋光片通過光電門這段時間內(nèi)的平均速度等于瞬時速度,即有v1,v2,再根據(jù)運動學公式vv2as得:a.- 1.請仔細閱讀文檔,確保文檔完整性,對于不預覽、不比對內(nèi)容而直接下載帶來的問題本站不予受理。
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