人教版必修第一册第四章2.实验探究加速度与力质量的关系学案

2.实验：探究加速度与力、质量的关系.本实验需要测量的物理量有：.本实验应用的最主要的实验方法是o.思考：采用阻力补偿法进行探究实验时，如何补偿阻力？.下列说法正确的是o①打点计时器要固定在长木板靠近定滑轮的一端。②调节定滑轮，使拉小车的细绳和板面平行。③实验时应先释放小车，再接通电源。④槽码的重力就等于小车所受的合力。⑤在探究加速度与质量的关系时，为了直观判断两者间的关系，应作出〃'图像。1.在利用打点计时器和小车来做“探究加速度与力、质量的关系”的实验时，下列说法不正确的是()A.平衡摩擦力时，应将怯码盘及盘内磋码通过定滑轮拴在小车上B.连接磋码盘和小车的细绳应跟长木板保持平行C.平衡摩擦力后，长木板的位置不能移动D.小车释放前应靠近打点计时器，且应先接通电源再释放小车2.在利用打点计时器和小车来做“探究加速度与力、质量的关系”的实验时，下列做法和理由正确的是()A.实验中所用电源为低压直流电源B.可以将装有砂子的小桶用钩码代替，这样会使实验更加方便C.实验结果不用a-m图像，而用图像，是为了便于根据图像直观地作出判断D.实验不需要平衡摩擦力3.图(a)为“利用DIS探究小车加速度与力的关系”的实验装置，阻力忽略不计，得到。孑的关系如图(b)所示。则实验过程中需满足的条件为（）A.小车质量较大且不变B.小车质量较小且不变C.钩码质量较大且不变D,钩码质量较小且不变.用如图所示的装置可以完成“探究加速度与力、质量的关系”的实验。⑴打点计时器使用的电源是（选填选项前的字母）。A,直流电源B.交流电源⑵实验中，需要平衡摩擦力和其他阻力。正确操作方法是（选填选项前的字母）。A.把长木板右端垫高B.改变小车的质量⑶在（选填选项前的字母）且计时器打点的情况下，轻推一下小车，若小车拖着纸带做匀速运动，表明已经消除了摩擦力和其他阻力的影响。A.不悬挂槽码B.悬挂槽码（4）实验中，为了保证悬挂槽码的重力近似等于使小车做匀加速运动的拉力，悬挂槽码的总质量m与小车M之间应满足的条件是（选填选项前的字母）。X.M»mB.m»M.某同学用如图甲所示的装置做“探究物体的加速度与力的关系”的实验。实验时保持小车的质量不变，用钩码的重力作为小车受到的合外力，根据打点计时器在小车后端拖动的纸带上打出的点迹计算小车运动的加速度。⑴实验时先不挂钩码，反复调整垫木的左右位置，直到小车做匀速直线运动，这样做的目的是O⑵图乙为实验中打出的一条纸带的一部分，从比较清晰的点迹起，在纸带上标出了连续的5个计数点人B、C、D、E,相邻两个计数点之间还有4个点迹没有标出，测出各计数点到A点之间的距离，如图乙所示。已知打点计时器接在频率为50Hz的交流电源两端，则此次实验中小车到C点时的速度vc=m/s,运动的加速度的测量值。=mH。（结果保留两位有效数字）⑶实验时改变所挂钩码的质量，分别测量小车在不同外力作用下的加速度。根据测得的多组数据画出的。孑关系图线如图丙所示。试分析：图线不通过坐标原点0的原因是；图线上部弯曲的原因是O.两个相同的小车并排放在光滑水平桌面上，小车前端系上细线，细线的另一端跨过定滑轮各挂一个小盘，盘里分别放有不同质量的祛码如图（a）。小车所受的水平拉力F的大小可以认为等于祛码（包括祛码盘）所受的重力大小。小车后端也系有细线，用一只夹子夹住两根细线如图（b）,控制两个小车同时开始运动和结束运动。由于两个小车初速度都是零，运动时间又相同，x二）尸，即ROCQ,只要测出两小车位移X之比就等于测出它们的加速度。之比。实验结果是：当小车质量相同时，；当拉力尸相等时实验中用祛码（包括祛码盘）所受的重力G=mg的大小作为小车所受拉力F的大小，这样做会引起实验误差，为了减小这个误差，G与小车所受重力Mg之间需要满足的关系是：.小王同学在探究加速度与力、质量的关系时，小车及祛码的质量用M表示，砂桶及砂的质量用m表示，小车的加速度可由小车后拖动的纸带计算出。⑴往砂桶中加入一定量的砂子，当M与加的大小关系满足时，可近似认为绳对小车的拉力大小等于砂桶和砂的重力；在释放小车（选填“之前”或“之后”）接通打点计时器的电源，在纸带上打出一系列的点。⑵在平衡摩擦力后，他用打点计时器打出的纸带的一段如图甲所示,该纸带上相邻两个计数点间还有4个点未标出，打点计时器使用交流电的频率是50Hz,则小车的加速度大小是m/s2,当打点计时器打B点时小车的速度是m/s。（结果保留3位有效数字）⑶小张同学用同一装置做实验，他们俩在同一坐标系中画出的a-F关系图线如图乙所示，小张和小王同学做的实验，有一个不同的物理量是：O8.要探究加速度与合外力的关系，某同学设计了如图所示实验装置,其中长木板放在水平桌面上。⑴调节砂桶中砂的质量，调节定滑轮的高度，使连接小车的细线与长木板平行，小车靠近打点计时器，接通电源，轻推小车，打点计时器打出的点间隔均匀，弹簧测力计的示数为Fo,则小车受到的摩擦力大小等于；（2）（选填“悬挂”或“不悬挂”）砂桶,将长木板没有定滑轮的一端适当垫高，接通电源，轻推小车，使打点计时器在纸带上打出的点间隔均匀，此番操作的目的是；⑶某次实验打出的纸带如图所示，。、4B、C、。为计数点，相邻计数点间的时间间隔为0.1s根据纸带上的数据求得小车运动的加速度a=m*（结果保留两位有效数字）；（4）保持小车的质量不变，多次改变砂桶中砂的质量进行实验，得到多组小车的加速度a和弹簧测力计的示数F，作出a-F图像，则可能的是O9.在图甲所示的实验装置中，一端系在滑块上的轻质细绳通过转轴光滑的轻质滑轮，另一端挂一质量为m=0.5kg的钩码，某同学利用此装置设计了如下实验。A.用垫块将长木板有定滑轮的一端垫起，调整长木板的倾角，直至轻推滑块后，滑块沿长木板向下做匀速直线运动；B.保持长木板的倾角不变，取下细绳和钩码，接好纸带，接通打点计时器的电源,然后让滑块沿长木板滑下，打点计时器打下的纸带如图乙所示。⑴图乙中纸带的(选填“左”或“右”)端与滑块相连。⑵图乙中相邻两个计数点之间还有4个点未画出，打点计时器接频率为50Hz的交流电源，根据图乙求出滑块的加速度。二m/s2o(3)不计纸带与打点计时器间的阻力，滑块的质量M=kg。(g取9.8m/s2)2.实验：探究加速度与力、质量的关系必备知识落实I.物体的质量物体所受的作用力物体运动的加速度.控制变量法.用薄垫块将木板不带定滑轮的一端垫高，调整其倾斜程度，直到小车运动时打点计时器在纸带上打出的点分布均匀为止。.②⑤知能素养进阶।.A本题考查实验过程中应注意的事项，选项A中平衡摩擦力时，不能将怯码盘及盘内祛码(或小桶)拴在小车上，选项A错，选项B、C、D符合正确的操作方法，B、C、D对。.C打点计时器需要低压交流电源，所以A错误；若用钩码代替装有砂子的小桶进行实验，由于钩码的质量太大，不利于调节拉力的大小，故B错误；用如《图像进行验证，这样能更直观地对问题进行判断，所以C正确；摩擦力会影响到合外力的测量，故需要平衡摩擦力，故D错误。.A探究加速度。和合力F的关系时，要保证小车的质量不变；为了使得钩码的重力等于小车的拉力，则要求小车的质量远大于钩码的质量，即小车的质量较大且不变。.【解析】⑴打点计时器需要交流电源,故选B。⑵平衡摩擦力和其他阻力的方法是把长木板右端垫高，用小车所受重力的分力来平衡摩擦力和阻力，故选A。⑶不悬挂槽码，轻推一下小车，若小车拖着纸带做匀速运动，表明已经消除了摩擦力和其他阻力的影响。⑷为了保证悬挂槽码的重力近似等于使小车做匀加速运动的拉力，悬挂槽码的总质量m与小车M之间应满足的条件是M»mo答案：(1)B(2)A(3)A(4)A•【解析】(1)实验时绳的下端先不挂钩码，反复调整垫木的左右位置，直到小车做匀速直线运动，以使小车的重力沿斜面的分力和摩擦力抵消，那么小车的合力就是绳子的拉力。这样做的目的是平衡小车运动中所受的摩擦阻力。⑵两计数点间的时间间隔r=0.02sx5=0.1sz根据匀变速直线运动中时间中点的速度等于该过程中的平均速度，可以求出打纸带上C点时小车的瞬时速度大小。司14.70-3.90vc-=—0丫八1x10-2m/s=0.54m/s由逐差法求解加速度,(XCD+XDE)-(XAB+XBC)1a=1.0m/s2o⑶从图像可以看出当有了一定的拉力/时，小车的加速度仍然是零,小车没动说明小车的合力仍然是零，即小车还受到摩擦力的作用，说明摩擦力还没有平衡掉，或者是平衡摩擦力了但是平衡的还不够，没有完全平衡掉摩擦力，所以图线不通过坐标原点的原因是实验前该同学未平衡(或未完全平衡)摩擦力。图线上部弯曲的原因是钩码的质量太大或小车的质量太小，未满足拉小车的钩码质量远小于小车质量。答案：(1)平衡小车运动中受到的摩擦阻力⑶没有平衡摩擦力或摩擦力平衡不够未满足拉小车的钩码质量远小于小车质量.【解析】实验过程中，当两小车质量相同时，祛码（包括祛码盘）重力越大，位移越大，则加速度越大，进行实验时会发现，加速度与所受拉力成正比；若祛码重力不变，即拉力不变时，质量越大的小车位移越小，即加速度越小。进行测量分析知，加速度与质量成反比。祛码（包括祛码盘）的重力大于小车所受的拉力，但如果祛码的重力G远小于小车的重力Mg时，G近似等于拉力F。答案：加速度与拉力成正比加速度与质量成反比G«Mg.【解析】（1）小车实际的加速度为a=4-，绳子拉力为F=Ma=M+m个，因此只有当M»m时，拉力尸才近似等于mg；实验中应先接1+而通电源再释放小车。XBD-XOB⑵〃=一斤一=0.390m/s2,二芳四.377m/s。⑶图线的斜率为小车及祛码的质量的倒数，因此小车及祛码的质量不同。答案：（1）M»m之前（3）小车及祛码的质量•【解析】（1）当打点计时器打出的点迹均匀时，小车匀速运动，则所受的拉力等于摩擦力，而拉力等于弹簧测力计的示数，则小车受到的摩擦力大小等于Fo；⑵不悬挂砂桶，将长木板没有定滑轮的一端适当垫高，接通电源，轻推小车，使打点计时器在纸带上打出的点间隔均匀，此番操作的目的是补偿阻力（或平衡摩擦力）；⑶根据逐差法可得小车运动的加速度XBD-XOB（15.05-6.74-6.74）xlO-2。=F^二疝Tm/s?-0.39m/s2(4)根据a=^F,因小车的拉力是由弹簧测力计测量出的，则不会出现图像上部分弯曲的情况，故选甲。答案：(1)后⑵不悬挂补偿阻力(或平衡摩擦力)(3)0.39(4)甲9.【