2023-2024学年粤教版必修第一册 第四章　第二节　加速度与力、质量之间的关系 课件（51张）

第二节加速度与力、质量之间的关系CONTENTS目录新知预览·抓必备题型研析·提能力知能演练·重落实新知预览·抓必备高效学习夯基固本1一、实验目的1．学会用控制变量法研究物理规律。3．会通过实验探究加速度与力、质量的定量关系。二、实验器材气垫导轨、数字计时器、遮光条、滑块、小桶、砝码、橡皮泥、天平、细绳、刻度尺。三、实验原理1．实验的基本思想——控制变量法(1)保持研究对象即滑块的质量不变，改变橡皮泥的质量来改变滑块所受拉力，测出滑块的对应加速度，验证加速度是否正比于作用力。(2)保持滑块所受拉力不变，改变研究对象即滑块的质量，测出对应不同质量的加速度，验证加速度是否反比于质量。2．三个物理量的测量方法本实验的研究对象：滑块(装置如图所示)。(1)滑块质量的测量：利用天平测出，在滑块上增减砝码可改变滑块的质量。

(3)拉力的测量：当小桶与橡皮泥的质量远小于滑块与砝码的质量时，可以认为滑块受到的拉力(合外力)近似等于小桶与橡皮泥的总重力。四、实验步骤1．用天平测出滑块的质量M，并把数值记录下来。2．把实验器材安装好。3．将气垫导轨调至水平。4．用细绳一端挂小桶，小桶内放入适量橡皮泥，另一端绕过定滑轮系在滑块上，在滑块上加放适量砝码，用天平测出小桶与橡皮泥的质量m，记录下来。用刻度尺测量出两光电门间的距离s。接通气垫导轨与数字计时器电源，放开小桶，记录滑块通过两光电门的时间并计算出滑块经过两光电门时的速度，并设计表格如下。表1

滑块质量M＝________kg橡皮泥及小桶的质量m/kg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v1/(m·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)

5．保持滑块(含砝码)的质量不变，改变橡皮泥的质量，按步骤4做6次实验。7．保持橡皮泥及小桶的质量不变，通过在滑块上增加或减少砝码重复上面的实验，求出相应的加速度，把数据记录在下面的表格中。表2

滑块拉力F＝________N滑块(含遮光条和砝码)的质量M/kg滑块通过光电门1的速度v1/(m·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)

五、数据处理1．由表1中记录的数据，以a为纵坐标、F为横坐标，根据数据作a­F图像(如图所示)，找出规律，分析a与F的关系。3．实验结论(1)保持物体质量M不变时，物体的加速度a与所受力F成正比。(2)在力F不变时，物体的加速度a与质量M成反比。六、误差分析

产生原因减小方法偶然误差质量测量不准多次测量求平均值滑块所受拉力测量不准(1)气垫导轨调至水平(2)使细绳平行于导轨作图不准使尽可能多的点落在直线上或均匀分布在直线(或曲线)两侧，误差较大的点舍去系统误差小桶及橡皮泥的总重力代替滑块所受的拉力使小桶及橡皮泥的总质量远小于滑块、砝码和遮光条的总质量七、注意事项1．改变小桶及橡皮泥的质量的过程中，要始终保证小桶及橡皮泥的质量远小于滑块的质量。2．作图时应使所作的直线(或曲线)通过尽可能多的点，不在直线(或曲线)上的点也要尽可能地均匀分布在直线(或曲线)的两侧，但若遇到个别偏离较远的点可舍去。题型研析·提能力互动探究重难突破2题型一实验原理与操作【典例1】为了探究加速度与力的关系，使用如图所示的气垫导轨装置进行实验，其中G1、G2为两个光电门，它们与数字计时器相连，当滑块分别通过G1、G2两光电门时，光束被遮挡的时间Δt1、Δt2都可以被测量并记录。滑块连同上面固定的挡光片的总质量为M，挡光片宽度为D，两光电门间距离为s，牵引钩码的质量为m。回答下列问题。(1)实验开始前应先调节气垫导轨下面的螺钉，使气垫导轨水平，在不增加其他仪器的情况下，如何判定调节是否到位：___________________________________________________________________________________________。解析取下牵引钩码，滑块放在任意位置都不动；或取下牵引钩码，轻推滑块，数字计时器记录的挡光片通过两个光电门的时间相等。答案

见解析(2)若取M＝0.4kg，改变m的值，进行多次实验，以下m的取值不合适的一个是__________。A．5g

B．15gC．40g

D．400g解析在探究加速度与力的关系的实验中，当钩码的质量m与滑块连同上面固定的挡光片的总质量M的关系是m≪M时，才能近似认为滑块受到的拉力等于钩码的重力，故选项D不合适。D(3)在此实验中，需要测得每一个牵引力对应的加速度，其中求得的加速度的表达式为a＝______________(用Δt1，Δt2，D，s表示)。某同学用如图甲所示的装置进行“探究加速度与质量的关系”实验：(1)下列说法中正确的是________。A．实验时，先接通打点计时器的电源，再放开小车B．平衡摩擦力时应将沙桶用细线通过定滑轮系在小车上C．改变小车质量再次进行实验时，需要重新平衡摩擦力D．小车运动的加速度可由牛顿第二定律直接求出A解析：使用打点计时器时均应先接通电源，待打点稳定后再放开小车，A正确；平衡摩擦力时应去掉细线和沙桶，轻推小车使小车能匀速运动即可，B错误；实验过程中，只需平衡一次摩擦力，改变小车质量再次进行实验时，不需要重新平衡摩擦力，C错误；在本实验中，小车运动的加速度只能由纸带数据求得，D错误。(2)通过在小车里增减砝码改变质量，某同学实验得到如图乙所示的实验图线，其中横坐标m表示小车里砝码的质量，设图线的斜率为k，在纵轴上的截距为b，若沙和沙桶总质量远小于小车质量且牛顿运动定律成立，则沙和沙桶的重力为____________，小车的质量为____________。题型二数据处理与分析【典例2】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的关系的实验，图甲为实验装置简图。(1)某次实验得到的纸带如图乙所示，根据纸带可求出小车的加速度大小为________m/s2(保留2位有效数字，交流电的频率为50Hz)。3．2实验次数物理量12345678小车加速度a/(m·s－2)1．901．721．491．251．000.750.500.30小车质量m/kg0.250.290.330.400.500.711．001．67/kg－14．003．453．032．502．001．411．000.60(3)保持小车质量不变，改变钩码质量，该同学根据实验数据作出了加速度a随合力F变化的图像，如图丁所示。该图像不通过原点，请你分析其主要原因是___________________________________________________。解析由题图丁可知，当加速度a为零时，拉力F并不为零，说明实验前没有平衡摩擦力或未完全平衡摩擦力。为了探究加速度与力、质量的关系，现提供如图所示的装置：A为小车，B为电火花计时器，C为装有砝码的小桶，D为一端带有定滑轮的长木板，实验中认为细绳对小车的拉力F等于砝码和小桶的总重力。请回答下列问题：(1)为了消除小车与长木板之间摩擦力的影响，应采取的措施是_______________________________________________________________________。(2)在探究加速度与质量的关系时，保持砝码和小桶质量不变，改变小车质量m，分别得到小车加速度a与质量m的数据如下表所示：次数12345小车加速度a/(m·s－2)0.780.380.250.200.16小车质量m/kg0.200.400.600.801．00根据上述实验数据，用计算机绘制出的a­m图像如图甲所示。题型三实验拓展与创新【典例3】某实验小组用如图甲所示的实验装置探究加速度与力、质量的关系，重物通过滑轮用细线拉着小车，在小车和重物之间接一个不计质量的微型力传感器，位移传感器(发射器)随小车一起沿水平轨道运动，位移传感器(接收器)固定在轨道一端，实验中力传感器的拉力为F，保持小车(包括位移传感器)的质量不变，改变重物重力重复实验若干次，得到加速度与外力的关系。(1)关于实验操作，下列说法正确的是____________(填字母)。A．实验前应调节滑轮高度，使滑轮和小车间的细线与木板平行B．平衡摩擦力时，在细线的下端悬挂重物，使小车在线的拉力作用下能匀速运动C．每次改变小车所受的拉力后都要重新平衡摩擦力D．实验应满足重物的质量远小于小车的质量解析实验前应调节滑轮高度，使滑轮和小车间的细线与木板平行，故A正确。平衡摩擦力时，不能悬挂重物，故B错误。每次改变小车所受的拉力后不需要重新平衡摩擦力，故C错误。力传感器可以直接得到拉力的大小，所以重物的质量没有必要远小于小车的质量，故D错误。(2)某同学根据某次实验中位移传感器的实验数据作出小车运动的s-t2图像如图乙所示，根据图像可知小车运动的加速度大小为______m/s2；比较发现此加速度小于力传感器拉力F与小车[包括位移传感器(发射器)]的质量的比值，原因可能是_________________________________________。此加速度小于力传感器拉力F与小车[包括位移传感器(发射器)]的质量的比值，原因可能是没有平衡摩擦力或者平衡摩擦力不足。|创新角度分析|

(1)利用力传感器测量细线拉力大小。(2)利用位移传感器测量小车的位移随时间的变化规律。(3)利用s-t2图像求小车的加速度。

某同学利用如图所示的装置做“探究加速度与力、质量的关系”的实验。在气垫导轨上安装了两个光电门1、2，滑块上固定一遮光条，滑块通过绕过两个滑轮的细绳与弹簧测力计相连，实验时改变钩码的质量，读出弹簧测力计的不同示数F，不计细绳与滑轮之间的摩擦力。(1)根据实验原理图，本实验________(选填“需要”或“不需要”)将带滑轮的气垫导轨右端垫高，以平衡摩擦力；实验中________(选填“一定要”或“不必要”)保证钩码的质量远小于滑块和遮光条的总质量；实验中________(选填“一定要”或“不必要”)用天平测量出所挂钩码的质量；滑块(含遮光条)的加速度________(选填“大于”“等于”或“小于”)钩码的加速度。解析：此实验用气垫导轨，导轨水平时滑块与导轨之间没有摩擦力，所以不需要垫高气垫导轨右端平衡摩擦力；滑块受到的拉力可以用弹簧测力计测出，故不需要满足钩码的质量远小于滑块和遮光条的总质量，也不需要用天平测量出所挂钩码的质量；因钩码挂在动滑轮上，则滑块的加速度等于钩码加速度的2倍，即滑块(含遮光条)的加速度大于钩码的加速度。不需要不必要不必要大于(2)某同学实验时，未挂细绳和钩码，接通气源，推一下滑块使其从轨道右端向左运动，发现遮光条通过光电门2的时间大于通过光电门1的时间，该同学疏忽大意，未采取措施调节导轨，继续进行其他实验步骤(其他实验步骤没有失误)，则该同学作出的滑块(含遮光条)加速度a与弹簧测力计示数F的图像可能是________(填图像下方的字母)。解析：遮光条通过光电门2的时间大于通过光电门1的时间，说明滑块做减速运动，导轨的左端偏高，则加外力时，需达到一定的值才能使滑块加速运动，则作出的滑块(含遮光条)加速度a与弹簧测力计示数F的图像可能是C。C(3)若该同学作出的a­F图像中图线的斜率为k，则滑块(含遮光条)的质量为________。知能演练·重落实内化知识巩固技能31．在做“探究加速度与力、质量的关系”的实验中，(1)下列仪器需要用到的是________。解析：本实验通过纸带打点分析求解物体的加速度，利用了控制变量法，通过改变小车或重物的质量，从而探究加速度与质量、合外力之间的关系，所以选择仪器A、D。AD(2)下列说法正确的是________。A．先释放纸带再接通电源B．拉小车的细线应尽可能与长木板平行C．纸带与小车相连端的点迹较疏D．轻推小车，拖着纸带的小车能够匀速下滑说明摩擦力已被平衡解析：实验时应先接通打点计时器的电源，后释放小车，为了保证细线拉力不被分解，所以细线要尽可能与木板平行，所以选项A错误，选项B正确；小车刚开始运动时速度较小，所以纸带与小车相连端的点迹较密，选项C错误；拖着纸带的小车能够匀速下滑说明恰好平衡摩擦力，选项D正确。BD(3)实验时打出的一条纸带如图所示，A、B、C、D……为每隔4个点取的计数点，电源的频率为50Hz，据此纸带可知小车在D点的速度大小为________m/s(小数点后保留2位)。0.212．在“探究加速度与力、质量的关系”活动中，某小组设计了如图所示的实验装置。图中上、下两层水平轨道表面光滑，两小车前端系上细线，细线跨过滑轮并挂上砝码盘，两小车尾部细线连到控制装置上，实验时通过控制装置使两小车同时开始运动，然后同时停止。(1)在安装实验装置时，应调整滑轮的高度，使________________________。在实验时，为减小系统误差，应使砝码盘和砝码的总质量________(选填“远大于”“远小于”或“等于”)小车的质量。解析：拉小车的细线要与轨道平行。只有在砝码盘和砝码的总质量远小于小车质量时，才能认为细线拉小车的力等于砝码盘和砝码的总重力。拉小车的细线与轨道平行远小于(2)本实验通过比较两小车的位移来比较小车加速度的大小，能这样比较，是因为_____________________________________________________________。3．某实验小组利用拉力传感器和打点计时器“探究加速度与力的关系”。他们将拉力传感器固定在小车上，记录小车静止时受到拉力的大小，下面按照图甲进行实验，t＝0时，小车处于图甲所示的位置。(1)该同学按图甲完成实验，请指出至少一处错误：_____________________________________________________________________________________。解析：由图甲可以看出，打点计时器的电源接了直流电源；小车释放时离打点计时器太远；实验前未平衡摩擦力。直流电源；小车释放时离打点计时器太远；实验前未平衡摩擦阻力打点计时器的电源接了(2)图乙是实验中获得的一条纸带的某部分，选取A、B、C、D、E计数点(每相邻两个计数点间还有4个点未画出)，A、C间的距离为________cm。(3)若打点计时器使用的交流电频率为50Hz，则小车的加速度大小为________m/s2。(结果保留2位有效数字)解析：由图乙可知，A、C间的距离为3．10cm。解析：T＝0.02×5s＝0.10s3．10

0.984．图甲为用拉力传感器和速度传感器探究“加速度与力、质量的关系”的实验装置。用拉力