第2节探究加速度与力质量的关系（原卷版）高一物理自学讲练资料

高一物理同步自学讲练资料——新教材第四章?探究加速度与力、质量的关系?【学习任务】1.通过探究加速度与力、质量的关系，学会用掌握变量法探究物理规律．2．通过试验探究，理解加速度与力、质量三者之间的关系．3．通过详细实例，学会分析和处理试验数据的方法，并能依据图像分析物理量间的关系，提高科学探究力量.【学问梳理】一、试验目的1．学会用“法〞探究加速度与力、质量的定量关系。2．学会用法讨论加速度与质量、加速度与力之间的关系。3．学会将a­m图像采纳“化曲为直〞法转化为图像的思想方法。二、试验原理1．试验方法(法)(1)保持讨论对象即小车的质量不变，通过转变个数转变小车所受的拉力，测出小车的对应，验证加速度是否与作用力成正比。(2)保持悬挂槽码的，即保持作用力不变，转变讨论对象即，测出小车的对应加速度，验证加速度是否与质量成反比。2．方案设计(1)三个物理量的测量①小车质量的测量：利用天平测出，在小车上可转变小车的质量。②拉力的测量：试验装置如下图，用悬挂槽码的方法为小车供应。把木板的一端垫高，以补偿小车运动时受到。当悬挂的槽码的质量小车质量的状况下，测出槽码的，它近似小车运动时所受的拉力。③加速度的测量：方法一：对于初速度为零的匀加速直线运动，可以测量出位移x和时间t，然后由a＝eq\f(2x,t2)算出加速度。方法二：利用打点计时器打出纸带，由来计算加速度。方法三：由a＝eq\f(2x,t2)可知，假如测出两个初速度为零的匀加速直线运动在相同时间内发生的位移x1、x2，那么位移之比就等于加速度之比，即(2)试验数据的处理——法、法①讨论加速度a和力F的关系以为纵坐标，为横坐标，依据测量数据描点，然后作出图像，如图甲所示。假设图像是一条通过坐标原点倾斜的直线，那么说明a与F成。②讨论加速度a与质量m的关系如图乙所示，由于a­m图像是曲线，检查a­m图像是否是双曲线，就能推断它们之间是否存在反比例关系，但检查这条曲线是否是双曲线，直接推断有困难。假设a和m成反比，那么a与必成正比。我们实行“化曲为直〞的方法，以为纵坐标，以为横坐标，作出图像，假设图像是一条过坐标原点倾斜的直线，如图丙所示，说明a与eq\f(1,m)成，即a与m成。试验器材小车、砝码、槽码、细绳、、垫木、打点计时器、、纸带、刻度尺、天平。试验步骤与数据处理1．用测出小车的质量M，并把数值记录下来。2．按如下图的装置把试验器材安装好(小车上先不系绳)。3．平衡摩擦力：在长木板不带定滑轮的一端下面垫一木块，反复移动木块位置，直到使小车在不受牵引时能拖动纸带沿木板保持为止(纸带上相邻点间距相等)。4．在细绳末端悬挂一个槽码，用细绳绕过定滑轮系在小车上，在小车上加放，用天平测出槽码的质量m，记录下来。接通电源，放开小车，待打点计时器在纸带上打好点后取下纸带，并设计表格如下。次数123456小车加速度a/(m·s－2)槽码的质量m/kg拉力F/N5．保持小车和所放砝码的质量不变，增加悬挂的个数，按步骤4做6次试验。6．在每条纸带上选取一段比拟抱负的局部，算出每条纸带对应的的值，填入表格中。7．用纵坐标表示加速度，横坐标表示作用力，依据试验结果画出小车运动的图像，从而得出a、F之间的关系。8．保持悬挂槽码的质量不变，在小车上加放，重复上面的试验，求出相应的加速度，并设计表格如下。依据试验结果画出小车运动的图像，从而得出a、M之间的关系。次数123456小车加速度a/(m·s－2)小车质量M/kgeq\f(1,M)/kg－19．整理试验器材，结束试验。误差分析1．系统误差：本试验用槽码的重力mg代替，而实际上小车所受的拉力要槽码的重力。槽码的质量越接近于小车的质量，误差越大；反之，槽码的质量越小车的质量，由此引起的误差就越。因此，满意槽码的质量小车的质量的目的就是为了减小由于而引起的误差。偶然误差缘由：3.考前须知：1．打点前小车应打点计时器，且应先接通电源后释放小车。2．在平衡摩擦力时，悬挂槽码，但小车应连接纸带且接通电源。用手轻轻地给小车一个初速度，假如在纸带上打出的说明小车受到的阻力跟它受到的重力沿斜面对下的分力平衡。3．转变悬挂槽码的个数的过程中，要始终保证槽码的总质量小车的质量。4．作图时应使所作的直线通过的点，不在直线上的点，但假设遇到个别偏离较远的点可。【反应练习】(1)伽利略的抱负试验是永久无法做到的。___(2)伽利略的抱负试验说明白力是维持物体运动的缘由。___(3)由牛顿第肯定律可知，做加速直线运动的物体所受外力全部消逝时，物体马上静止。___(4)物体从竖直向上运动的气球上掉落后，马上向下运动。___(5)速度越大，物体的惯性越大。___(6)受力越大，物体的惯性越大。___【认知提升】重要学问点1：试验原理、器材1.试验原理(掌握变量法)(1)保持讨论对象(小车)质量不变,探究加速度与合外力的关系；(2)保持合外力(重物的质量)不变,探究加速度与质量的关系。2.试验器材打点计时器、纸带、小车、一端附有定滑轮的长木板、重物、夹子、细绳、低压沟通电源、导线、天平(带有一套砝码)、刻度尺等.3.物理量的测量(1)小车的质量:用天平测量；(2)小车获得的加速度:往往依据纸带上打出的点并借助△x=aT2求解；(3)小车所受的合外力：平衡摩擦力并满意重物的质量远小于小车的质量时，可以用细绳所挂重物的重力代替小车所受的合外力。细绳的拉力等于重物的重力吗？什么状况下细绳的拉力即小车所受的合外力可以近似等于重物的重力？不等于，由于重物向下加速运动，所以细绳的拉力小于重物的重力.当重物的质量远小于小车的质量时，细绳的拉力近似等于重物的重力，即小车受到的合外力近似等于重物的重力.故试验中必需满意小车和砝码的总质量远大于重物的质量。重要学问点2：试验探究过程1.试验装置2.试验步骤〔1〕用天平测出小车和重物的质量分别为M0、m0，并把数据记录下来.〔2〕按上图将试验器材安装好(小车上不系细绳，但安装纸带)。〔3〕平衡摩擦力。在长木板无滑轮的一端下面垫一薄木板，反复移动其位置到打点计时器正常工作时不挂重物的小车在长木板上做匀速直线运动为止(纸带上相邻点间距相等)，固定好长木板与薄木板.〔4〕将重物通过细绳系在小车上，接通电源,放开小车，用纸带记录小车的运动状况,取下纸带并在纸带上标上号码及此时所挂重物的重力m0g。〔5〕保持小车的质量不变，转变所挂重物的重力，重复步骤(4),多做几次试验，使小车每次从同一位置释放，并记录好重物的重力m1g、m2g…〔6〕保持所挂重物的质量不变,在小车上加放砝码，并测出小车与所放砝码的总质量M1，接通电源，放开小车，用纸带记录小车的运动状况，取下纸带并在纸带上标上号码.〔7〕连续在小车上加放砝码，重复步骤(6),多做几次试验，记录好小车和砝码的总质量M2、M3…〔8〕计算出每次试验所得纸带的加速度值。步骤(4)(5)为探究加速度与力的关系，测a、m；步骤(6)(7)为探究加速度与质量的关系，测a、M;步骤(5)(6)无需重新平衡摩擦力。(1)平衡摩擦力的目的：为了让细绳拉小车的力等于小车所受的合外力，即T=F合(2)平衡摩擦力的方法：不挂重物时，将长木板倾斜肯定角度θ,让小车所受的滑动摩擦力与重力沿长木板方向的分力平衡，即Mgsinθ=μMgcosθ。〔3〕转变M、m不需重新平衡摩擦力：平衡摩擦力时不挂重物，将长木板无滑轮一端下面垫高，调整长木板倾角即可。平衡摩擦力后，由于Mgsinθ=μMgcosθ等式始终成立,与M、m大小无关，所以不管之后是改変小车质量还是转变所挂重物质量,都不需要重新平衡摩擦力。重要学问点3：试验数据处理1.计算法测得加速度或加速度之比(等于位移之比)后，通过计算看结果是否满意、。2.图像法——“化曲为直〞法〔1〕探究加速度a和力F的关系以加速度a为纵坐标，力F为横坐标建立直角坐标系,依据测数据描点，然后作出aF图像，如图甲所示，假设图像是一条过原点的倾斜直线，就能说明a与F成正比。(2)探究加速度a与质量M的关系以加速度a为纵坐标，质量M为横坐标建立直角坐标系，作出图像如图乙所示，由于aM图像是曲线，难以推断a与M是否成反比关系，假设a和M成反比，那么a与必成正比.我们采纳“化曲为直〞的方法，以a为纵坐标，以为横坐标建立直角坐标系，作出a图像，假设a图像是一条过原点的倾斜直线，如图丙所示，说明a与成正比，即a与M成反比。“化曲为直〞的方法假设物理量的yx图像是曲线，可依据其曲线的特点，作yx2图像、yx3图像或y图像，作出的图像是直线时才能更好地说明两个物理量之间的比例关系。重要学问点4：其他试验方案1.用气垫导轨替代长木板利用气垫导轨替代长木板做此试验时，不需要平衡摩擦力，其他试验步骤不变.2.利用光电门测加速度利用光电门测出滑块通过G1、G2的速度v1、v2，依据v12v22=2ax求出加速度.3.利用位移传感器测位移由于a=2x/t2,假如测出两个初速度为零的匀加速直线运动在相同时间内发生的位移x1、x2,那么位移之比等于加速度之比,即。4.利用弹簧测力计直接测量合外力大小两种试验方案中，加速度可由纸带上的点计算得出，合外力由弹簧测力计测岀，可直接推断两者的关系。试验方案改良优势〔1〕气垫导轨替代长木板：无需平衡摩擦力，气垫导轨内部中空，空气进入导轨，从导轨面上的小孔中喷岀，喷出的气流在滑块和导轨之间形成气垫,使滑块运动时受到的摩擦力到达可以忽视的程度。〔2〕光电门利用平均速度测瞬时速度：。挡光片越窄，平均速度越接近滑块通过光电门的瞬时速度，故可用该平均速度代替滑块的瞬时速度。〔3〕力传感器测量细线的拉力：不必保证悬挂物的质量远小于小车的质量。【精准练习】一、多项选择题1．〔2023春·浙江台州·高一校考阶段练习〕利用图装置做“探究加速度与力、质量的关系〞的试验，需调整的是〔〕A．换成质量更小的小车 B．调整长木板的倾斜程度C．把钩码更换成砝码盘和砝码 D．转变连接小车的细绳与长木板的夹角二、填空题2．〔2023秋·高一课时练习〕补偿阻力：在长木板不带定滑轮的一端下面垫上垫木，反复移动垫木位置，启动打点计时器，直到轻推小车使小车在斜面上运动时可保持___________运动为止〔纸带上相邻点间距相等〕，此时小车重力沿斜面方向的分力等于打点计时器对小车的阻力和长木板的摩擦阻力及其他阻力之和。三、试验题3．〔2023春·浙江杭州·高一统考阶段练习〕某同学做“探究物体加速度与力、质量的关系〞试验，如下图是该同学做试验时释放纸带前试验装置的状态，请指出试验装置中的两处错误__________和__________。为了完成此试验，除了图甲中的器材，还需从以下图中选取的试验器材是__________〔单项选择〕。A．B．C．D．4．〔2023春·西藏林芝·高一校考期中〕如图甲所示是讨论小车加速度与力关系的试验装置。木板置于水平桌面上，一端系有砂桶的细绳通过滑轮与拉力传感器相连，拉力传感器可显示所受的拉力大小，打点计时器为电火花打点计时器，转变桶中砂的质量屡次试验。完成以下问题：〔1〕试验中需要________；A．纸带压在墨粉纸盘的上面B．保持细线与长木板平行C．平衡摩擦力时，要预先取下纸带D．满意砂和砂桶的总质量远小于小车的质量〔2〕试验中得到一条纸带，相邻计数点间有四个点未标出，各计数点到点的距离如图乙所示。电源的频率为，砂桶的加速度大小为________；〔3〕某次试验中如未平衡摩擦力，那么描绘出图像应为_________。A．B．C．D．5．〔2023秋·江苏盐城·高一校联考期末〕某班第1学习小组用以下图试验装置“探究加速度与力、质量的关系〞。〔1〕试验可能用到的两种打点计时器构造如图甲乙所示，以下说法正确的选项是___________A．甲图是电磁打点计时器，乙图是电火花计时器B．甲图使用的电源是直流8V左右，乙图使用的电源是沟通220VC．电磁打点计时器和电火花计时器在本试验中的作用是相同的D．利用打点计时器可以直接测量计数点的瞬时速度〔2〕以下图是试验时平衡阻力的情形，其中正确的选项是___________〔选填字母〕。〔3〕如图为试验中打出的一条纸带的一局部，从比拟清楚的点迹起，在纸带上标出了连续的5个计数点A、B、C、D、E，相邻两个计数点之间的时间间隔为，现测出各计数点到A点之间的距离，如下图。依据纸带可求得，此次试验中小车的加速度测量值___________。〔结果保存两位有效数字〕〔4〕保持小车质量不变时，把试验测得的6组数据记录在表格中。次数123456F/Na/m/s2依据表格内数据，请在坐标纸上画出Fa图像___________。〔5〕该班第2学习小组用以下图试验装置“探究加速度与力、质量的关系〞。图中带滑轮的长木板放置于水平桌面上，拉力传感器与滑轮之间的轻绳始终与长木板板面平行，传感器可直接显示绳上拉力的大小。试验中将长木板水平放置，操作得到如图小车加速度a与拉力传感器示数F的图像，横轴、纵轴截距分别为与，依据图像可求得小车质量___________。6．〔2023秋·安徽蚌埠·高一统考期末〕某试验小组用如下图的试验装置来“探究加速度与力、质量的关系〞。〔1〕试验中某同学将长木板右端适当垫高，其目的是______。〔2〕试验中假设使用电火花计时器，那么所接电源为______。A．电压约为8V的直流电B．电压约为8V的沟通电C．电压为220V的沟通电〔3〕试验中得到图示的一条纸带，图中O、A、B、C、D、E、F为计数点，相邻计数点间的时间间隔为，A、B、C、D、E、F各点到0点