43探究物体运动与受力的关系学案

1、4.3探究物体运动与受力的关系学案粤教版必修1|课前自主预习|1. 加速度与物体的、之间有关系，要同时确定它们之间的关 系，一般采用，即先保持 测量另外两个量之间的关系。2. 在“探究加速度与物体所受合力的关系”试验中，小车的运动是，实验中通过改变来改变小车所受的合力，加速度的方向与小车相同。来实现保持合外力的大小不3. 在“探究物体加速度与物体质量的关系”试验中，设斜面与桌面的夹角为。，小车质量为 M,忽略小车与斜面的摩擦，小车所受合外力为，增大小车的质量，可以通过变，若小车与斜面之间有摩擦，且摩擦力为f,则小车所受的合 外力为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(

2、A.滑块所受的拉力一定等于秩码的重力B.要将彼码的重力近似看作滑块所受的拉力，滑块的加速度不应太大C.实验中为了尽量减小误差，应使滑块的质量远大于磋码的质量D.5.实验中为了减小误差，应使滑块的加速度尽量大些 对于质量相等的甲、乙两个物体来说，下面哪个说法正确的是A.乙的加速度大，说明乙受到的合外力大B.C.D.1.2.3.4.乙物体的速度比甲物体的大，说明乙物体受到的合外力大 由于乙物体的速度比甲物体的大，所以乙物体的加速度要比甲物体的大,【课前自主预习】参考答案:如果甲、乙两个物体受力方向相同，那么它们的运动方向一定相同 受力情况、物体的质量、控制变量法、一个量不变 匀变速直线运动、斜面的

3、倾角、所受合外力的方向Afgsin。、减小斜面的倾角、Mgsin ( 9 - /答案：BC,解析：滑块所受的拉力近似等于秩码的重力，但是由于砥码也有加速度，所以绳子的拉力比祛码的重力小一点，A错；要将秩码的重力近似看作滑块所受的拉力，祛码的质量要尽可能小，而且加速度不能太大，故滑块的加速度不应太大，且滑块的质量远大于秩码的质量，B、C正确；D错。5.答案：A;解析：根据实验结果，在质量一定的情况下，加速度与合外力成正比，故A正确；速度与外力无因果关系，B错；速度大，加速度不一定大，故 C错；两物体受力方向 相同，即加速度方向相同， 而速度方向不一定相同，故 D错。课堂互动探究知识点1 :探究加

4、速度与力的定量关系新知探究1. 实验的基本思路：保持物体的质量不变，测量物体在受到不同力时的加速度，分析加速度与力的关系.2. 探究实验装置：如图所示，气垫导轨是一种摩擦力很小的实验装置，它利用从导轨表面小孔喷出的压缩空气，在滑块与导轨之间形成很薄的空气膜，将滑块从导轨面上托起，使滑块与导轨不直接接触，滑块在滑动时只受空气层间的内摩擦力和周围空气的微弱影响，这样就极大地减少了力学实验中难于克服的摩擦力的影响，滑块的运动可以近似看成无摩擦运动，使实验结果的精确度大为提高。光电门(photogate )是一个象门样的装置，一边安装发光装置，一边安装接收装置并与计时装置连接。当物体通过光电门时光被挡

5、住，计时器开始计时，当物体离开时停止计时，这样就可以根据物体大小与运动时间计算物体运动的速度；若计时装置具备运算功能，使用随机配置的挡光片（宽度一定），可以直接测量物体的瞬时速度。用挡光板的宽度d除以挡光的时间间隔 7即可得到滑块通过光电门的速度，即v = -?t3. 实验与探究过程 让滑块在磋码拉力作用下做加速运动，记录下滑块通过光电门的速度I'、If、秩码 的质量 m、两光电门间的距离 s。 保持滑块质量不变，增加（或减少）磋码的数量来改变拉力的大小，秩码的重力近似等于滑块所受的拉力，重复实验 5次。 用公式 计算岀滑块的加速度 数据分析：设计实验表格，将滑块质量不变时的实验数据记

6、入表格并作岀aF关系 图象。下表是某同学的测量数据，请计算滑块所受拉力大小的近似值F和滑块加速度的计算值。，并填入表格中（，卜数点后保留二位有效数据，g取10nrs-2） o实验次数秩码盘和 祛码的质量m/g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i/i/fm-s 1）滑块通过光电 门2的速度 V2/ （ m-s-1）两光电门间的距离 s/m滑块加速 度的计算 值 a/ （m-s2）1500.3870.8061.021000.5481.1401.031500.6711.3961.042000.7751.6121.052500.8661.8031.011a/m * 5iT 4-

7、T3 在上面坐标图中的坐标中轴上表上适当的刻度，并把上表的数据在坐标图中描点，并把各点用平滑的曲线连起来。 结论：利用实验数据作岀aF关系图象得到：当质量一定的时候，aF关系图象 是过原点0.51.01.52.02.5的,说明了在滑块质量不变时，加速度。与合力F成。答案： 峋？ = 2as实验次数祛码盘和秩码的质量m/g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 vi/fm-s 1)滑块通过光电 门2的速度 V2/(m-s-1)两光电门间的距离 s/m滑块加速度 的计算值 a/(m-s'2)1500.500.3870.8061.00.2521001.000.5481.1

8、401.00.5031501.500.6711.3961.00.7542002.000.7751.6121.01.0052502.500.8661.8031.01.25a/m? s'21r?答图牛3-1一条直线正比重点归纳1. 砥码受到的重力不等于滑块受到的拉力。通过对秩码进行受力分析可知，如果两者相等，砥码所受的合力将为零，下落过程应该是匀速直线运动，这显然与事实不符。加速度越大，即祛码的合力越大，磋码所受拉力与重力相差越大。要将秩码的重力近似看作是滑块所受的拉力，实验过程中物体的加速度应较小，即祛码的质量应远小于滑块的质量。3.结论：保持物体的质量不变，物体加速度与所受的合外力成正

9、比。例门在质量一定，研究加速度与力的关系时，某同学根据精确的测量，记录数据如下表F/N0.200.300.400.500.60o/nrs *0.100.200.280.400.52(2) 从图像可以判断岀：当物体的质量M 定时，物体的加速度a与物体受到的合外力F的关系(3) 由作岀的 a F图像可知：小车质量1V1=Kg答案：(1)物体的a-F图像如答图4-3-3所示：(2) 加速度a与合外力F成正比(3) 0.5知识点2探究加速度与物体质量的定量关系新知探究1. 实验的基本思路：保持物体不变，测量不同质量的物体在这个力作用下的加速度，分析加速度与质量的关系.2. 探究实验装置：如上图 4-3

10、-1及图4-3-203. 实验与探究 保持砥码的质量不变，即滑块所受的拉力不变，记下滑块通过光电门的速度丹、V20 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，记下实验数蠢。 用公式V22-vi2 =2as计算岀滑块的加速度。 数据分析：设计实验表格，将滑块拉力不变时的实验数据记入表格并作岀作岀a-图像。下表是某同学的测量数据，请计算滑块质量的倒数和滑块加速度的计算值 M并填入表格中(小数点后保留二位有效数据)。实验次数滑块(含橡皮 泥)的质量 M/kg滑块(含橡皮泥)质 量的倒数(UM) (kg 1)滑块通过光 电门1的速 度 i/i/(m-s -1)滑块通过光 电门2的速

11、度 V2/(m s-1)两光电 门间的 距离s/m滑块加速度 的计算值a/(m-s'2)11.000.7751.6121.021.500.6321.3171.032.000.5481.1401.042.500.4901.0201.053.000.4470.9311.0在上面坐标图中的坐标中轴上表上适当的刻度，并把上表的数据在坐标图中描点 平滑的曲线连起来。并把各点用o/m * fn11 4-3-b 结论：根据图像我们不难发现其是一条经过原点的直线，所以在合外力一定的前提下，加速度和物体的质量。答案：1.受力2. 实验次数滑块(含橡皮 泥)的质量 M/kg滑块(含橡皮泥)质 量的倒数(1

12、/M) (kg' 1)滑块通过光 电门1的速 度 i/i/(m-s -1)滑块通过光 电门2的速度 iz2/(m-s-1)两光电 门间的 距离s/m滑块加速度 的计算值a/(m-s'2)11.001.000.7751.6121.01.0021.500.670.6321.3171.00.6732.000.500.5481.1401.00.5042.500.400.4901.0201.00.4053.000.330.4470.9311.00.33a/m s答图4-3-4成反比重点归纳a与M的关系，而比，即加速1. 本实验不直接画 a-M的图像，是因为 a-M是一条曲线，不容易从图像

13、中判断a-VM图像是以过原点的直线，简单明了，也容易得岀a与M的关系。2. 从实验中可以得到，在合外力保持不变的情况下，滑块的加速度与质量的倒数成正 度与质量程反比。F 一定时，小车的加速度a与小车质量M的关系，某位同例2用如图所示的装置研究在作用力 学设计的实验步骤如下：A. 用天平称岀小车和小桶及其内部所装沙子的质量；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沙桶；D. 将电磁打点计时器接在6 V电压的蓄电池上，接通电源，放开小车，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；E. 保持小桶及其内部所装沙子的质量不变，增加小车上的秩码个数，并记录每次增加后的M

14、值，重复上述实验；F. 分析每条纸带，测量并计算岀加速度的值；G. 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，应把 改为.(3) 在上述步骤中，处理不恰当的是，应把 改为.解析实验中把小桶及其内所装沙子的重力看做与小车所受的拉力大小相等，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 6 V电压的蓄电池上将无法工作，必须接在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，很难作岀正确的判断，必须“化曲为直“，改作a $图象.答案.(1)平衡摩擦力 B (2)D 6 V电压的蓄

15、电池6 V交流电压的学生电源G作a-M关系图象 作a 一 $关系图象触类旁通2. 若测得某一物体受力F 定时，a与m的关系数据如下表所示o/(m s 2)2.042.663.233.98m/kg2.001.501.251.00X根据表中所列数据，画岀a-m图象.倒 4-3-/(2) 由v ? #关系可知，当F 定时，a与的关系为答案:(2)反比关系解析要画a与g的图象，需先求岀对应的g,其数据分别为：0.50、0.67、0.80和1.00.然后描点、连线，得到图象如图所示.由图象可得a与土成正比，即a与m成反比.方法技巧易错易混'实验透视实验透视探究加速度与力、质量的关系【实验目的】1

16、. 学会用控制变量法研究物体规律；2. 探究加速度与力、质量的关系；3. 掌握利用图象处理数据的方法。【实验原理】1. 当研究对象有两个以上的参量发生变化时，设法控制某些参量使之不变，而研究另外两个参量之间的变化关系的方法叫控制变量法.本实验中有力 F、质量M和加速度a三个变量，研究加速度。与F及M的关系时，先控制质量 M不变，讨论加速度。与力F的关 系；然后再控制力 F不变，讨论加速度"与质量M的关系.2. 实验中需要测量的物理量和测量方法是：小车及秩码的总质量M ;用天平测岀.小车受到的拉力 F认为等于托盘和磋码的总重力mg.小车的加速度a利用纸带根据 As=? 7按如图3-3-

17、8所示把实验器材安装好，只是不把悬挂小盘的细绳系在车上，即不给 小车加牵引 力. 平衡摩擦力：在长木板不带定滑轮的一端下面垫一块木板 .反复移动木板的位置， 直至小车在 斜面上运动时可以保持匀速直线运动状态 .这时，小车拖着纸带运动时受到的摩 擦阻力恰好与小车所受 的重力在斜面方向上的分力平衡，纸带上点与点之间的间隔相等 把细绳系在小车上并绕过滑轮悬挂小盘，先接通电源再放开小车，打点计时器在纸带上打下一系列的点，打完点后切断电源，取下纸带，在纸带上标上纸带号码 5保持小车和石去码的质量不变，在小盘里放入适量的秩码，把小盘和秩码的总质量沏记录下来，重复步骤4.在小桶内再放入适量缺码，记录下小盘和

18、缺码的总质量m",再重 复步骤4. 重复步骤5两次，得到三条纸带. 7在每条纸带上都选取一段比较理想的部分，标明计数点，测量计数点间的距离，算出每条纸带上的加速度的值. 8用纵坐标表示加速度 s横坐标表示作用力 F,作用力的大小F等于小盘和缺码的总重力，根据实验结果在坐标平面上画岀相应的点，如果这些点是在一条过原点的直线上，便证明了加速度与作用力成正比. 保持小盘和磋码的质量不变，在小车上加缺码，重复上面的实验，用纵坐标表示加速度。，横坐标表示小车和秩码总质量的倒数，根据实验结果在坐标平面上画岀相应的点.如果这些点是在一条过原点的直线上，就证明了加速度与质量成反比【实验结论】质量不变

19、时，加速度与合外力成正比；合外力F不变时，加速度与质量成反比。【注意事项】计算.【实验器材】打点计时器、纸带、复写纸片、小车、一端附有定滑轮的长木板、重物、夹子、细绳、低压交流电源、导线、天平（带有一套秩码）、刻度尺、秩码【实验步骤及数据处理】1. 用天平测岀小车和酷码的总质量小盘和秩码的总质量把数值记录下来细绳纸.带，也就是调出一个合适的斜面，使小车的重力沿着斜八一端有定滑轮小车打点计时器长木,实验台重物图4-3-8面方向的分力正好平衡小车受的摩擦阻力.在平衡摩擦力时，不要把悬挂小盘的细线系在小车上，即不要给小车加任何牵引力，并要让小车拖着打点的纸带运动.2. 实验步骤2、3不需要重复，即整

20、个实验平衡了摩擦力后，不管以后是改变小盘和磋码的总质量还是改变小车和秩码的总质量，都不需要重新平衡摩擦力3. 每条纸带必须在满足小车与车上所加秩码的总质量远大于小盘和秩码的总质量的条件下打出只有如此，小盘和秩码的总重力才可视为小车受到的拉力4. 改变拉力和小车质量后，每次开始时小车应尽量靠近打点计时器，并应先接通电源，再放开小车，且应在小车到达滑轮前按住小车5. 作图象时，要使尽可能多的点分布在所作直线上，不在直线上的点应尽可能对称分布在所作直线两侧.6. 作图时两轴标度比例要选择适当，各量须采用国际单位.这样作图线时，坐标点间距不至于过密，误差会小些.7. 为提高测量精度(1) 应舍掉纸带上

21、开头比较密集的点，在后边便于测量的地方找一个起点(2) 可以把每打五次点的时间作为时间单位，即从开始点起，每五个点标岀一个计数点，而相邻计数点间的时间间隔为T=0.1 s.【误差分析】1. 在实验中，我们认为钩码的重力就等于小车所受的合力.但这是有误差的，只有在小车质量比较大，钩码重力比较小，且长木板合理倾斜的情况下，实验结果才比较理想2. 质量测量、长度测量中也存在偶然误差，可通过多次测量取平均值的方法来减小误差.3. 平衡摩擦力不准而造成误差.4. 描点作图时存在误差.例3在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中，采用如图3-4-9所示的实验装置.M实验装置图 4-3-9小车及车中磋码的质

22、量用M表示，盘及盘中磋码的质量用加表示，小车的加速度可由小车后拖动的纸带打上的点计算出.(1) 当M与的大小关系满足时，才可以认为绳对小车的拉力大小等于盘及盘中祛码的重力.(2) 一组同学在做加速度与质量的关系实验时，保持盘及盘中秩码的质量一定，改变小车及车中秩码的质量，测岀相应的加速度，采用图象法处理数据.为了比较容易地检查岀加速度a与质量M的关系，应该作 a与的图象.(3) 如图3-4-10 (?)所示为甲同学根据测量数据作岀的图线，说明实验存在的问题是.(4) 乙、丙同学用同一装置做实验，画岀了各自得到的a-F图线如图3-4-10 ( b)所示，两个同图 4-3-10解析：(1)当M&g

23、t;> 7时，才可以认为绳对小车的拉力大小等于盘中磋码的重力(2)因由实验画的图象是一条曲线，难以判定它所对应的函数式，从而难以确定“与M的定量关系所以在实验中应作。-图象而不是a-M图象来分析实验结果.M(3) 图(a)甲同学根据测量数据作岀的图线没有过原点，图象交于F轴上一点， 说明没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不够.(4) 乙、丙同学用同一装置做实验，画岀了各自得到的a-F图线，两图象的斜率不同，说明两 个同学做实验时的小车及车上秩码的总质量不同车及车上的磋码的总质量不同触类旁通3.某学习小组的同学在用打点计时器探究物体的加速度与物体的质量之间的关系实验中，不改变拉力,滑的图线10请在

24、图3-4-12中建立合适的坐标，将表中各组数据用小黑点描在坐标纸上，并作岀平 11请由纸带上的数据，计算出缺少的加速度值并填入表中（小数点后保留两位数）(3) 由图象得岀的结论是:解析：物体的加速度可以由纸带利用逐差法求得.为了便于研究。与 M之间的关系，可以作岀a-图象，图象为直线说明物体在拉力一定时加速度与质量成反比M(1) a的计算利用逐差法_ (*C > XOA ) + (XdE XAB ) + (*EF XBC ) Cl (XCD + XDE + XEF ) 一 9丁2+仙+)9T29T220.98 2x6.03八- 2 / 2 Z -xlO m/s 9x0.12=0.99m/

25、s2砂桶(3) 由图象知a-图象是一条直线，即在拉力一定时，物体的加速度与质量成反比M答案：(1)0.99(2)如图4-4-6所示(3)在拉力一定时，物体的加速度与质量成反比(与质量的倒数成正比)例4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关系的实验，如图 4-3-13所示，图甲为实验装置简图(交流电的频率为 50 Hz).纸带运动方向V卜 + + ? |. . 孑 6.19 6.707.217.72单位：cm乙图 4-3-13 图4-3-13乙为某次实验得到的纸带，根据纸带可求岀小车的加速度大小为 m/s2(保留两位有效数字).(2) 保持砂和沙桶质量不变，改变小车质量m,分别得

26、到小车加速度a与质量m及对应 的土，数据如下表：验次数物理壹12345678小车加速度A/(m-s2)1.901.721.491.251.000.750.500.30小车质量 m/kg0.250.290.330.400.500.711.001.671O/kg m4.003.453.032.502.001.411.000.60请在如图4-3-14甲所示的方格坐标纸中画岀a-土图线，并依据图线求岀小车加速度a与质量倒数土之间的关系式是.图 4-3-14(3) 保持小车质量不变，改变砂和沙桶质量，该同学根据实验数据作出了加速度。随合力F的变化图线，如图4-3-14乙所示.该图线不通过原点，请你分析其主要原因是解析：(1)在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.由纸带上的数据可知：xi=6.19cm, X2=6.70 cm, x 3=7.21 cm, x 4=7.72 cm.用逐差法计算加速度为v21 =2x2/2+a2)=3.19 m/s2.根据题目提供的小车加速度a与质量m对应的倒数土的有关数据，可在坐标纸中描出8个对应点，用一条直线“连接”各点，使尽量多的点落在直线上，不在直线上的点大致均匀分布在直线的两侧，得到的a土图线如答图4 36所示，由图可得 a=2.由图可分析，当加速度a为零时，此 时的拉力F并不为零，说明实验前没