高一物理探究加速度与力跟质量的关系

第2节实验:探究加速度与力､质量的关系知识识记1.加速度是表示物体速度变化快慢的物理量.根据事实经验,加速度与物体的质量有关.物体受力一定时,质量越小,加速度就越大.加速度还与物体受力的大小有关,物体质量一定时,受力越大,其加速度越大.2.控制变量法:加速度a和质量m､外力F都有关系.研究它们之间的关系时,先保持质量不变,测量物体在不同的力的作用下的加速度,分析加速度与力的关系;再保持物体所受的力相同,测量不同质量的物体在该力作用下的加速度,分析加速度与质量的关系.这种先控制某个参量不变,研究某两个参量之间变化关系的方法叫控制变量法.3.平衡摩擦力时不要挂重物,整个实验平衡了摩擦力后,不管以后是改变盘和砝码的质量还是改变小车及砝码的质量,都不需要重新平衡摩擦力.4.实验中必须满足小车和砝码的总质量远大于小盘和砝码的总质量.只有如此,砝码和小盘的总重力才可视为与小车受到的拉力相等.5.作图象时,要使尽可能多的点在所作直线上,不在直线上的点应尽可能对称分布在所作直线两侧.个别偏离直线较远的点是错误数据,可舍去不予考虑.15分钟随堂验收1.在探究“加速度与力､质量的关系”的实验中,下列说法中正确的是()A.为了减小实验误差,悬挂物的质量应远小于小车和砝码的质量B.为了减小小车､纸带受到的摩擦力对实验的影响,需把小车运动平板的起始端略垫高些C.实验结果采用描点法画图象,是为了减小误差答案:ABCD2.在探究第二定律的实验中,下列说法正确的是()A.平衡摩擦力,小盘应用细线通过定滑轮系在小车上,但小盘内不能装砝码B.实验中应始终保持小车和砝码的质量远远大于砝码和小盘的质量C.实验中如用纵坐标表示加速度,用横坐标表示小车和车内砝码的总质量,描出相应的点在一条直线上时,即可证明加速度与质量成反比D.平衡摩擦力时,小车后面的纸带必须连好,因为运动过程中纸带也要受到阻力答案:BD解析:平衡摩擦力是通过调节长木板倾角来实现的,与小盘和砝码无关,故A错.要使小盘和砝码的总重力代替小车受到的拉力就必须满足选项B,故B正确.C项中,纵坐标表示加速度,横坐标表示小车及车内砝码的总质量的倒数,描出相应的点在一条直线上时,才可证明加速度与质量成反比,故C错.纸带与打点计时器之间的摩擦力会带来误差,应尽可能减少,故D项正确.3.在探究a与F､m关系的实验中备有下列器材:A.打点计时器;B.天平;C.停表;D.低压交流电源;E.电池;F.纸带;G.细绳､砝码､小车､砂和桶;H.薄木板.其中多余的器材是______________________,缺少的器材是_______________________________.CE一端附有定滑轮的长木板､刻度尺4.若测得某一物体的m一定时,a与F关系的有关数据资料如下表.a/(m·s-2)1.984.065.958.12F/N1.002.003.004.00(1)根据表中数据,画出a-F图象.答案:(1)a-F图象如图4-2-1所示.图4-2-1

(2)从图象中可以判定:当m一定时,a与F的关系为______________________.正比关系解析:若a与F成正比,则图象是一条过原点的直线.同时因实验中不可避免地出现误差,研究误差产生的原因,从而减小误差,增大实验的准确性,则在误差允许范围内图线是一条过原点的直线即可.连线时应使用直线过尽可能多的点,不在直线上的点应大致对称分布在直线两侧,离直线较远的点应视为错误数据,不予考虑.45分钟课时作业一､选择题1.如图4-2-2所示是根据探究加速度与力的关系的实验数据描绘的a-F图象,下列说法正确的是()图４－２－２A.三条倾斜直线所对应的滑块和橡皮泥的质量相同B.三条倾斜直线所对应的滑块和橡皮泥的质量不同C.直线1所对应的滑块和橡皮泥的质量最大D.直线3所对应的滑块和橡皮泥的质量最大答案:BD解析:由图象知F相同时,对应的加速度大小a1>a2>a3,根据F相同时,加速度与质量成反比,所以m1<m2<m3,故B､D正确.2.如图4-2-3所示为某些同学根据实验数据画出的图象,下列说法中正确的是()图4-2-3A.形成图(a)的原因是平衡摩擦力时长木板倾角过大B.形成图(b)的原因是平衡摩擦力时长木板倾角过小C.形成图(c)的原因是平衡摩擦力时长木板倾角过大D.形成图(d)的原因是平衡摩擦力时长木板倾角过小答案:AD解析:(a)图是平衡摩擦力时长木板倾角过大,牵引力为零,小车已有加速度,所以A对,C错;(d)图是平衡摩擦力时长木板倾角过小,导致图线不过原点,有一定拉力后才有加速度,所以B错,D对.二､非选择题3.在“探究加速度与力､质量的关系”时,某小组设计双车位移比较法来探究加速度与力的关系.实验装置如图4-2-4所示,将轨道分上下双层排列,两小车后的刹车线穿过尾端固定板,由安装在后面的刹车系统同时进行控制(未画出刹车系统).通过改变砝码盘中的砝码来改变拉力大小.图4-2-4(1)通过比较两小车的位移来比较两小车的加速度大小,是因为位移与加速度的关系式为______________________.已知两车质量均为200g,实验数据如下表所示:

(2)该装置中的刹车系统的作用是__________________________________________.(3)分析表中数据可得到结论:_________________________________________.(4)为了减小实验的系统误差,你认为还可以进行哪些方面的改进?(只需提出一个建议即可)答案:见解析(2)刹车系统的作用是控制两车同时运动和同时停止.(3)由于本实验的刹车系统保证了两车运动的时间相同,故加速度a与位移x成正比.由表中数据可以看出,在实验误差允许的范围内,当小车的质量保持不变时,位移x与F成正比,故有a与F成正比.(4)调整两木板的倾角,平衡好摩擦力,满足盘和盘中砝码的总质量远小于小车的质量.4.下表中是探究牛顿第二定律实验所记录的部分的数据.组别质量m/kg受力F/N加速度a/(m·s-2)10.50.2520.5031.0041.051.5若利用1､2､3三组数据探究加速度与受力的关系,则2､3组数据中物体的质量分别为______________________､______________________;若利用3､4､5三组数据探究加速度与物体质量的关系,则4､5组数据中物体所受的力分别为______________________､______________________.0.5kg0.5kg1.00N1.00N解析:本实验采用控制变量法,在探究加速度与力的关系时,保证了小车质量是不变的,所以1､2､3三组数据中物体的质量均为0.5kg.而3､4､5组是探究加速度与物体质量的关系,保证的是小车受力不变,故4､5组数据中物体所受的力均为1.00N.5.杨小华用如图4-2-5所示的装置做“探究加速度与力的关系”的实验:小车搁置在水平放置的长木板上,纸带连接车尾并穿过打点计时器,用来测定小车的加速度a,小桶通过细线对小车施拉力F.在保持小车质量不变的情况下,改变对小车拉力F的大小,测得小车所受的拉力F和加速度a的数据如下表:图4-2-5F/N0.210.300.400.490.60a/(m/s2)0.100.210.290.410.49(1)根据测得的数据,在图4-2-6中作出a-F图象.答案:(1)如图4-2-7所示

图4-2-7(2)由图象可知,小车与长木板之间的最大静摩擦力大小为______________________N.图4-2-60.10

(3)若要使作出的a-F图线过坐标原点,需要调整实验装置,可采取以下措施中的()A.增加小车的质量B.减小小车的质量C.适当垫高长木板的右端D.适当增加小桶内砝码质量C

解析:(1)以a为纵坐标,F为横坐标,将表格中的数据点在a-F图象上,再作一条直线,使尽可能多的点落在直线上,其他点均匀分布在直线两侧.(2)由作出的a-F图象可知,当F从零增大到0.1N时才产生加速度,说明最大静摩擦力的大小为0.1N.(3)若使图象经过原点,需平衡摩擦力,可采取适当垫高长木板的右端,使重力沿斜面方向的分力平衡摩擦力.6.测得某一物体受力F一定,m变化时,记录了不同m时a的数值如下表:m/kg2.001.501.251.00a/(m·s-2)2.0