高中物理第4章牛顿运动定律第2节加速度与力质量间关系教案高中第一册物理教案

第二节加快度与力、质量之间的关系学习目标：1.[物理观点]知道加快度的大小与力和质量相关．认识气垫导轨减小摩擦的原理及控制变量法．

2.[

科学思想

]掌握用气垫导轨及打点计时器达成实验，

并会办理实验数据，得出实验结论．

3.[

科学研究

]学会利用实验研究加快度与质量、

与力的定量关系，经过与别人沟通合作，

提升实验能力．

4.[

科学态度与责任

]学会在实验中尊敬事实，

实事求是的科学态度，培育谨慎活学、科学研究能力与责任．一、影响加快度的要素1．加快度的丈量在实验中加快度不可以直接丈量，能够经过直接丈量时间和位移间接地丈量加快度．(2)由静止开始做匀变速直线运动的物体，

位移

12s＝2at，测出位移

s和时间

t，则它的2s加快度a＝t2.2．加快度与物体的受力和质量之间的关系在确立加快度与物体的受力状况、物体的质量之间的关系时，我们一般采纳控制变量法，即先保持一个量不变，丈量此外两个量之间关系的方法．在研究加快度与质量的关系时，要保持物体所受合外力不变，而改变物体的质量．①设斜面与水平桌面的夹角为θ，小车的质量为M，把小车放在斜面上，忽视小车与斜面间的摩擦，则小车所受合外力大小为Mgsinθ，增大小车的质量而保持合外力不变，需要减小夹角θ.②结论，相同质量的物体，遇到的外力越小，加快度越小，遇到相同外力时，质量越小，加快度越大．说明：控制变量法是物理学中常用的一种科学方法．二、研究加快度与力、质量的定量关系1．实验装置(如下图)气垫导轨：减少轨道摩擦．光电门：光电门对时间的记录是特别正确的，假如能测得挡光片的宽度L和挡光片经过光电门的时间t，就能够求得挡光片经过光电门的均匀速度．假如挡光片很窄，能够以为这个速度就是挡光片经过光电门的刹时速度．2．实验原理：实验的基本思想——控制变量法保持研究对象即滑块的质量不变，改变钩码的数目，即改变拉力，研究加快度与所受合外力之间的定量关系．保持滑块的受力不变，研究加快度与质量之间的定量关系．3．实验数据的图像表示1

1经过对数据的记录和剖析，

能够获得

a-F、a-的图像，在偏差同意范围内，M

a-F、a-图M线都是倾斜的直线，说了然加快度与合外力、质量之间的关系．注意：作-图像不易发现规律，而1-图像很直观．aMaM1．思虑判断(正确的打“√”，错误的打“×”)(1)研究加快度与力、质量的关系的实验是经过同时改变小车的质量m及遇到的拉力F的研究，概括出加快度、力、质量三者之间的关系．(×)研究a、F、m的关系的实验，是经过先保持小车质量不变，研究加快度与力的关系，再保持小车受力不变，研究加快度与质量的关系，最后概括出a、F、m三者之间的关系．(√)(3)物体所受的合外力越大，物体的加快度必定越大．(×)(4)物体所受的合外力越大，质量越小，则物体的加快度必定越大．(√)2．在“研究加快度与力、质量的定量关系”的实验中，采纳的研究方法是

(

)A．理想实验法

B．控制变量法C．代替法

D．类比法[在研究三个物理量之间的关系时，先让此中一个量不变，研究此外两个量之间的关系，最后总结三个量之间的关系，这类方法叫控制变量法．应选项B正确．]3．在“研究物体的加快度与力、质量的关系”时，以下说法中正确的选项是()A．同时测出物体的质量、加快度和力，能简单发现三者之间的关系B．保持物体的质量不变，必定要测出加快度的数值，才能找出加快度与力的关系C．能够利用物体做自由落体运动来研究加快度与质量的关系D．假如加快度与力的图像是一条过原点的倾斜直线，则加快度与力成正比[判断三个量之间的关系时，应保持一个量不变，来研究另两个量之间的关系，即采纳控制变量法，A错；本实验不过研究两个量之间的关系，只需找到两者之间的比率关系即可，不必定要测出加快度的详细数值，B错；自由落体运动加快度恒为g，不随质量而变化，C错．]影响加快度的要素纯电动汽车不排放污染空气的有害气体，拥有较好的发展前程．而电动汽车的启动加速一直是一个需要研究的问题．请研究：甲同学说能够减小汽车的质量，能使加快度更大些，你以为对吗？乙同学说能够使电动汽车的动力更强些，也能使加快度更大些，你以为对吗？提示：(1)对．对．1．研究加快度与物体所受合外力的关系研究目的考证猜想：小车质量保持不变时，小车所受合外力越大，加快度越大；反之合外力越小，加快度越小．研究实验设计①如下图，让小车从斜面上由静止开释；②记下小车的运动时间t；③从斜面上读出小车的位移s；2s④由a＝t2可求出小车的加快度；⑤改变斜面与水平面的夹角，能够改变小车遇到的协力大小，重做上边的实验．研究结论当物体的质量保持不变时，物体遇到的合外力渐渐增大，其加快度将渐渐增大；反之，物体遇到的合外力渐渐减小，其加快度也渐渐减小．加快度的方向与合外力的方向相同．2．研究加快度与物体质量的关系研究目的考证猜想：小车所受合外力不变时，小车的质量越大，加快度就越小；反之，质量越小，加快度就越大．研究实验设计①把小车放在斜面上，用弹簧测力计沿斜面向上拉小车，使小车保持静止或做匀速直线运动，记下弹簧测力计的示数．②将小车从斜面上由静止开释，用秒表记录小车的运动时间并读出小车的位移．由a2s＝t2可求出小车的加快度．③在小车上增添砝码，重复①②实验．研究结论当物体所受合外力保持不变时，小车的质量越大，其加快度越小，反之则越大．【例1】在“研究加快度与力、质量的关系”活动中，某小组设计了如下图的实验装置．图中上下两层水平轨道表面圆滑，两小车前端系上细线，细线越过滑轮并挂上砝码盘，两小车尾部细线连到控制装置上，实验时经过控制装置使两小车同时开始运动，而后同时停止．在安装实验装置时，应调整滑轮的高度，使________________；在实验时，为减小系统偏差，应使砝码盘和砝码的总质量____________小车的质量(选填“远大于”“远小于”或“等于”)．本实验经过比较两小车的位移来比较小车加快度的大小，能这样比较，是因为_________________.[思路点拨]应使细线平行于水平轨道，以减小偏差；使砝码盘和砝码总质量比小车质量小好多，才能近似以为拉力与重力相等．[分析](1)拉小车的水平细线要与轨道平行．只有在砝码盘和砝码的总质量远小于小车质量时，才能以为砝码盘和砝码的总重力等于细线拉小车的力．(2)对初速度为零的匀加快直线运动，时间相同时，依据s＝1at2，得a1＝s1.2a2s2[答案](1)细线与轨道平行(或水平)远小于两小车从静止开始做匀加快直线运动，且两小车的运动时间相等控制变量法加快度的大小既与物体遇到的力的大小相关，也与物体的质量相关，研究

a

与

F及物体的质量

m间的关系时，质量

m与力

F不可以同时改变，应控制物体的质量

m不变，研究

a与F的关系，控制

F不变，研究

a与

m的关系，即采纳控制变量法．在上题中，若小车质量相等，经计算得出aⅠ∶aⅡ＝1∶2，这能比较拉力大小吗？请解释．[分析]能．小车质量相等，aⅠ∶aⅡ＝1∶2，说明小车Ⅱ遇到拉力大，FⅠ∶FⅡ＝1∶2.[答案]FⅠ∶FⅡ＝1∶2[跟进训练]1．甲、乙两个实验小车，在相同的合外力作用下，甲车产生的加快度是1.5m/s2，乙车产生的加快度是4.5m/s2，甲车的质量m甲和乙车的质量m乙之比为()A．1∶3B．3∶1C．1∶1D．没法确立ma4.5甲乙B[在相同的合外力作用下物体的加快度与它的质量成反比.m乙＝a甲＝1.5＝3，故B项正确．]研究加快度与力、质量的定量关系1．实验原理(1)控制变量法①保持滑块的质量不变，改变其所受合外力研究

a与

F的关系．②保持滑块所受的合外力不变，改变其质量研究

a与

M的关系．三个物理量的丈量方法①滑块质量的丈量利用天平测出，在滑块上增减橡皮泥可改变滑块的质量．②拉力的丈量在砝码的质量远小于滑块质量的状况下，能够以为砝码的重力近似等于滑块遇到的拉力，即F≈mg.③加快度的丈量在气垫导轨中间选一段距离s，在s两头设置两个光电门，分别测出滑块经过s两头的222－v1始、末速度v1和v2，则滑块的加快度为a＝2s.2．实验器械气垫导轨、滑块(包含挡光片)、橡皮泥、光电门、数字计时器、砝码、天平．3．实验与研究实验装置如下图，让滑块在砝码拉力的作用下做加快运动，记录下滑块经过光电门的速度、砝码的质量、两光电门之间的距离．(2)保持滑块质量不变，经过增添(或减少)砝码的数目来改变拉力的大小．重复实验3次．(3)将实验结果填入表一，并计算每一次滑块的加快度a.表一滑块质量M＝________kg滑块经过光滑块经过光砝码的滑块所受拉两光电门滑块加快度电门1的速电门2的速质量力大小的近间的距离的计算值度v－－12a/(m·s－2)m/kg似值F/N1)s/m1)用纵坐标表示加快度，横坐标表示作使劲，依据实验结果画出滑块运动的a-F图像，进而得出a与F的关系．保持砝码的质量不变，即滑块所受的拉力不变，记下滑块经过光电门的速度v1、v2.在滑块上增添(或减少)橡皮泥来改变滑块的质量，重复进行几次实验，记下实验数据，将实验结果填入表二．表二拉力F＝________N滑块(含橡滑块(含橡皮滑块经过光滑块经过光两光电门滑块加快度皮泥)的质泥)质量的倒电门1的速电门2的速间的距离的计算值－－1－1度v1/(m·s度v2/(m·s/(m·s－2)量/kgs/mM1)1)(6)用纵坐标表示加快度，横坐标表示111，画出滑块运动的a-图像，得出a与的关系，MMM进而得出a与M的关系．实验结论：当M一准时，a与F成正比；当F一准时，a与M成反比．4．实验数据的办理方法——图像法、“化曲为直”法研究加快度a和力F的关系以加快度a为纵坐标，以力F为横坐标，依据丈量数据描点，而后作出图像，如下图，若图像是一条经过原点倾斜的直线，就能说明a与F成正比．(2)研究加快度a与质量M的关系如下图，因为a-M图像是曲线，检查a-M图像是不是双曲线，就能判断它们之间能否是反比率关系，但检查这条曲线能否是双曲线，相当困1a为纵坐标，难．若a和M成反比，则a与必成正比．我们采纳“化曲为直”的方法，以M1111以为横坐标，作出a-图像，若a-图像是一条过原点倾斜的直线，说明a与成正比，即MMMMa与M成反比．5．实验注意事项气垫导轨是较精细仪器，实验中一定防止导轨受碰撞、摩擦而变形、损害，没有给气垫导轨通气时，禁止在导轨上强行推进滑块．实验时滑块的速度不可以太大，免得在与导轨两头缓冲弹簧碰撞后跌落而使滑块受损．实验中滑块由静止开释，应防备砝码盘摇动且滑块最幸亏同一地点处开释，这样便于检查数据的正确性．用图像法办理实验数据，作图时应使尽可能多的点在直线上，不在直线上的点尽可能散布在所作直线的双侧，偏离直线太远的点应舍弃掉．【例2】某组同学设计了“研究加快度a与物体所受协力F及质量m的关系”实验．如下图为实验装置简图，A为小车，B为电火花计时器，C为装有细砂的小桶，D为一端带有定滑轮的长方形木板，实验中以为细绳对小车的拉力F等于细砂和小桶的总重量，小车运动的加快度a可用纸带上打出的点求得．(1)如下图为某次实验获得的纸带，

已知实验所用电源的频次为

50Hz.依据纸带可求出电火花计时器打

B

点时的速度大小为

________m/s

，小车的加快度大小为

________m/s2.(

结果均保存两位有效数字

)在“研究加快度a与质量m的关系”时，某同学依据自己的方案将实验数据在座标系中进行了标明，但还没有达成图像(如下图)．请持续帮助该同学作出坐标系中的图像．[分析](1)AC这段位移的均匀速度等于AC这段时间中间时刻的刹时速度，即B点的s＋sBC6.19＋6.70×10－2刹时速度，故ABm/s≈1.6m/s.由逐差法求解小车的加快vB＝4T＝4×0.02sCD＋sDE－sAB＋sBC＝7.21＋7.72－6.19－6.70×10－222度a＝42T24×2×0.022m/s≈3.2m/s.将坐标系中各点连成一条直线，连结时应使直线过尽可能多的点，不在直线上的点应大概对称地散布在直线的双侧，离直线较远的点应视为错误数据，不予考虑，连线如图所示．[答案](1)1.63.2(2)看法析图1小车质量改变后，无需从头均衡摩擦力.用图像法办理数据的一般方法是先描点，而后用光滑的曲线把所描的点连结起来，连线时不要连成折线.本实验连线时要让直线经过尽量多的点，不在一条直线上的点要均匀散布在直线的双侧.这样做的目的是为了减小实验中的有时偏差，近似用求均匀值的方法来减小偏差相同.[跟进训练]2．某同学利用如图甲所示的实验装置，研究小车的加快度和它所受拉力F的关系．除备有4个50g钩码外，还有以下实验器械备选：A．质量为300g的小车B．质量为2kg的小车C．输出电压为4～6V的直流电源D．输出电压为4～6V的沟通电源为保证明验成功，采纳的实验小车应为____________，电源应为____________．(选填字母代号)(2)某同学正确选择实验器械后，经过实验获得如图乙所示的a-F图像，造成图线未过坐标原点的原由是_________________________________________________________________________________________________________________________________________.[分析]

(1)当

m?

M时，即钩码的总质量

m远远小于小车和砝码的总质量

M时，绳索的拉力近似等于钩码的总重力，由题意可知，采纳的实验小车应为质量为

2kg

的小车，即选B；电源应为输出电压

4～6V

的沟通电源，即选

D.(2)

由图乙可知，

a-F图像可是原点，在a轴上有截距，即F＝0时有加快度，这是因为在均衡摩擦力时，木板被垫得太高，木板倾角过大，均衡摩擦力过大造成的．[答案](1)BD(2)均衡摩擦力时，木板倾角过大1．物理观点：加快度与力、质量的关系．2．科学思想：实验研究加快度与力、质量的定量关系．3．科学方法：实验法、图像法、控制变量法、“化曲为直”法等．1．在研究加快度与力、质量关系的实验中，以下做法正确的选项是()A．均衡摩擦力时，应将重物用细绳经过定滑轮系在小车上B．每次改变小车的质量时，不需要从头均衡摩擦力C．实验时，先松开小车，后接通电源D．“重物的质量远小于小车的质量”这一条件如不知足，对研究过程也不会产生影响B[依据本实验过程中注意事项及操作方法剖析可知B项正确．]2．(多项选择)如下图为某些同学依据实验数据画出的图像，以下说法中正确的选项是()A．形成图甲的原由是均衡摩擦力时长木板倾角过大B．形成图乙的原由是均衡摩擦力时长木板倾角过小C．形成图丙的原由是均衡摩擦力时长木板倾角过大D．形成图丁的原由是均衡摩擦力时长木板倾角过小1Fm时，小车质量很大，这时小车的加快度不为零，说明小车下滑的力已经大于最大静摩擦力，也是长木板倾角过大；同理，丙、丁图都是因为长木板倾角过小，选项A、D正确．]3．以下说法中不正确的选项是()A．在不需要考虑物体自己的大小和形状时，用质点来取代物体的方法是理想模型法B．在推导匀变速直线运动位移公式时，把整个运动过程区分红好多小段，每一小段近似看作匀速直线运动，而后把各小段的位移相加，这里采纳了微元法C．牛顿在研究运动和力的关系时，提出了有名的理想斜面实验，该实验运用了理想实验法D．在研究加快度、力、质量三者之间的关系时，先保持质量不变研究加快度与力的关系，再保持力不变研究加快度与质量的关系，该实验运用了控制变量法[质点是理想化模型，在不需要考虑物体自己的大小和形状时，用质点来取代物体的方法是理想模型法，故A正确；在推导匀变速直线运动位移公式时，把整个运动过程区分成好多小段，每一小段近似看作匀速直线运动，而后把各小段的位移相加，物理学中把这类研究方法叫作“微元法”，故B正确；伽利略依据理想斜面实验将靠谱的事实和理论联合起来，提卖力不是保持物体运动的原由，而不是牛顿，故C错误；在研究加快度、力、质量三者之间的关系时，先保持质量不变研究加快度与力的关系，再保持力不变研究加快度与质量的关系，该实验运用了控制变量法，故D正确．要求选不正确的，应选C.]4．如下图为某同学所安装的“研究加快度与力、质量的定量关系”的实验装置，在图示状态下开始做实验，该同学的装置和操作中的主要错误是(起码写出三个错误)：(1)__________________________________________________．(2)__________________________