2023-2024學年粵教版必修第一冊 第四章　第二節(jié)　加速度與力、質(zhì)量之間的關系 課件（51張）

第二節(jié)加速度與力、質(zhì)量之間的關系CONTENTS目錄新知預覽·抓必備題型研析·提能力知能演練·重落實新知預覽·抓必備高效學習夯基固本1一、實驗目的1．學會用控制變量法研究物理規(guī)律。3．會通過實驗探究加速度與力、質(zhì)量的定量關系。二、實驗器材氣墊導軌、數(shù)字計時器、遮光條、滑塊、小桶、砝碼、橡皮泥、天平、細繩、刻度尺。三、實驗原理1．實驗的基本思想——控制變量法(1)保持研究對象即滑塊的質(zhì)量不變，改變橡皮泥的質(zhì)量來改變滑塊所受拉力，測出滑塊的對應加速度，驗證加速度是否正比于作用力。(2)保持滑塊所受拉力不變，改變研究對象即滑塊的質(zhì)量，測出對應不同質(zhì)量的加速度，驗證加速度是否反比于質(zhì)量。2．三個物理量的測量方法本實驗的研究對象：滑塊(裝置如圖所示)。(1)滑塊質(zhì)量的測量：利用天平測出，在滑塊上增減砝碼可改變滑塊的質(zhì)量。

(3)拉力的測量：當小桶與橡皮泥的質(zhì)量遠小于滑塊與砝碼的質(zhì)量時，可以認為滑塊受到的拉力(合外力)近似等于小桶與橡皮泥的總重力。四、實驗步驟1．用天平測出滑塊的質(zhì)量M，并把數(shù)值記錄下來。2．把實驗器材安裝好。3．將氣墊導軌調(diào)至水平。4．用細繩一端掛小桶，小桶內(nèi)放入適量橡皮泥，另一端繞過定滑輪系在滑塊上，在滑塊上加放適量砝碼，用天平測出小桶與橡皮泥的質(zhì)量m，記錄下來。用刻度尺測量出兩光電門間的距離s。接通氣墊導軌與數(shù)字計時器電源，放開小桶，記錄滑塊通過兩光電門的時間并計算出滑塊經(jīng)過兩光電門時的速度，并設計表格如下。表1

滑塊質(zhì)量M＝________kg橡皮泥及小桶的質(zhì)量m/kg滑塊所受拉力大小的近似值F/N滑塊通過光電門1的速度v1/(m·s－1)滑塊通過光電門2的速度v2/(m·s－1)兩光電門間的距離s/m滑塊加速度的計算值a/(m·s－2)

5．保持滑塊(含砝碼)的質(zhì)量不變，改變橡皮泥的質(zhì)量，按步驟4做6次實驗。7．保持橡皮泥及小桶的質(zhì)量不變，通過在滑塊上增加或減少砝碼重復上面的實驗，求出相應的加速度，把數(shù)據(jù)記錄在下面的表格中。表2

滑塊拉力F＝________N滑塊(含遮光條和砝碼)的質(zhì)量M/kg滑塊通過光電門1的速度v1/(m·s－1)滑塊通過光電門2的速度v2/(m·s－1)兩光電門間的距離s/m滑塊加速度的計算值a/(m·s－2)

五、數(shù)據(jù)處理1．由表1中記錄的數(shù)據(jù)，以a為縱坐標、F為橫坐標，根據(jù)數(shù)據(jù)作a-F圖像(如圖所示)，找出規(guī)律，分析a與F的關系。3．實驗結(jié)論(1)保持物體質(zhì)量M不變時，物體的加速度a與所受力F成正比。(2)在力F不變時，物體的加速度a與質(zhì)量M成反比。六、誤差分析

產(chǎn)生原因減小方法偶然誤差質(zhì)量測量不準多次測量求平均值滑塊所受拉力測量不準(1)氣墊導軌調(diào)至水平(2)使細繩平行于導軌作圖不準使盡可能多的點落在直線上或均勻分布在直線(或曲線)兩側(cè)，誤差較大的點舍去系統(tǒng)誤差小桶及橡皮泥的總重力代替滑塊所受的拉力使小桶及橡皮泥的總質(zhì)量遠小于滑塊、砝碼和遮光條的總質(zhì)量七、注意事項1．改變小桶及橡皮泥的質(zhì)量的過程中，要始終保證小桶及橡皮泥的質(zhì)量遠小于滑塊的質(zhì)量。2．作圖時應使所作的直線(或曲線)通過盡可能多的點，不在直線(或曲線)上的點也要盡可能地均勻分布在直線(或曲線)的兩側(cè)，但若遇到個別偏離較遠的點可舍去。題型研析·提能力互動探究重難突破2題型一實驗原理與操作【典例1】為了探究加速度與力的關系，使用如圖所示的氣墊導軌裝置進行實驗，其中G1、G2為兩個光電門，它們與數(shù)字計時器相連，當滑塊分別通過G1、G2兩光電門時，光束被遮擋的時間Δt1、Δt2都可以被測量并記錄?；瑝K連同上面固定的擋光片的總質(zhì)量為M，擋光片寬度為D，兩光電門間距離為s，牽引鉤碼的質(zhì)量為m?；卮鹣铝袉栴}。(1)實驗開始前應先調(diào)節(jié)氣墊導軌下面的螺釘，使氣墊導軌水平，在不增加其他儀器的情況下，如何判定調(diào)節(jié)是否到位：___________________________________________________________________________________________。解析取下牽引鉤碼，滑塊放在任意位置都不動；或取下牽引鉤碼，輕推滑塊，數(shù)字計時器記錄的擋光片通過兩個光電門的時間相等。答案

見解析(2)若取M＝0.4kg，改變m的值，進行多次實驗，以下m的取值不合適的一個是__________。A．5g

B．15gC．40g

D．400g解析在探究加速度與力的關系的實驗中，當鉤碼的質(zhì)量m與滑塊連同上面固定的擋光片的總質(zhì)量M的關系是m?M時，才能近似認為滑塊受到的拉力等于鉤碼的重力，故選項D不合適。D(3)在此實驗中，需要測得每一個牽引力對應的加速度，其中求得的加速度的表達式為a＝______________(用Δt1，Δt2，D，s表示)。某同學用如圖甲所示的裝置進行“探究加速度與質(zhì)量的關系”實驗：(1)下列說法中正確的是________。A．實驗時，先接通打點計時器的電源，再放開小車B．平衡摩擦力時應將沙桶用細線通過定滑輪系在小車上C．改變小車質(zhì)量再次進行實驗時，需要重新平衡摩擦力D．小車運動的加速度可由牛頓第二定律直接求出A解析：使用打點計時器時均應先接通電源，待打點穩(wěn)定后再放開小車，A正確；平衡摩擦力時應去掉細線和沙桶，輕推小車使小車能勻速運動即可，B錯誤；實驗過程中，只需平衡一次摩擦力，改變小車質(zhì)量再次進行實驗時，不需要重新平衡摩擦力，C錯誤；在本實驗中，小車運動的加速度只能由紙帶數(shù)據(jù)求得，D錯誤。(2)通過在小車里增減砝碼改變質(zhì)量，某同學實驗得到如圖乙所示的實驗圖線，其中橫坐標m表示小車里砝碼的質(zhì)量，設圖線的斜率為k，在縱軸上的截距為b，若沙和沙桶總質(zhì)量遠小于小車質(zhì)量且牛頓運動定律成立，則沙和沙桶的重力為____________，小車的質(zhì)量為____________。題型二數(shù)據(jù)處理與分析【典例2】某同學設計了一個探究加速度a與物體所受合力F及質(zhì)量m的關系的實驗，圖甲為實驗裝置簡圖。(1)某次實驗得到的紙帶如圖乙所示，根據(jù)紙帶可求出小車的加速度大小為________m/s2(保留2位有效數(shù)字，交流電的頻率為50Hz)。3．2實驗次數(shù)物理量12345678小車加速度a/(m·s－2)1．901．721．491．251．000.750.500.30小車質(zhì)量m/kg0.250.290.330.400.500.711．001．67/kg－14．003．453．032．502．001．411．000.60(3)保持小車質(zhì)量不變，改變鉤碼質(zhì)量，該同學根據(jù)實驗數(shù)據(jù)作出了加速度a隨合力F變化的圖像，如圖丁所示。該圖像不通過原點，請你分析其主要原因是___________________________________________________。解析由題圖丁可知，當加速度a為零時，拉力F并不為零，說明實驗前沒有平衡摩擦力或未完全平衡摩擦力。為了探究加速度與力、質(zhì)量的關系，現(xiàn)提供如圖所示的裝置：A為小車，B為電火花計時器，C為裝有砝碼的小桶，D為一端帶有定滑輪的長木板，實驗中認為細繩對小車的拉力F等于砝碼和小桶的總重力。請回答下列問題：(1)為了消除小車與長木板之間摩擦力的影響，應采取的措施是_______________________________________________________________________。(2)在探究加速度與質(zhì)量的關系時，保持砝碼和小桶質(zhì)量不變，改變小車質(zhì)量m，分別得到小車加速度a與質(zhì)量m的數(shù)據(jù)如下表所示：次數(shù)12345小車加速度a/(m·s－2)0.780.380.250.200.16小車質(zhì)量m/kg0.200.400.600.801．00根據(jù)上述實驗數(shù)據(jù)，用計算機繪制出的a-m圖像如圖甲所示。題型三實驗拓展與創(chuàng)新【典例3】某實驗小組用如圖甲所示的實驗裝置探究加速度與力、質(zhì)量的關系，重物通過滑輪用細線拉著小車，在小車和重物之間接一個不計質(zhì)量的微型力傳感器，位移傳感器(發(fā)射器)隨小車一起沿水平軌道運動，位移傳感器(接收器)固定在軌道一端，實驗中力傳感器的拉力為F，保持小車(包括位移傳感器)的質(zhì)量不變，改變重物重力重復實驗若干次，得到加速度與外力的關系。(1)關于實驗操作，下列說法正確的是____________(填字母)。A．實驗前應調(diào)節(jié)滑輪高度，使滑輪和小車間的細線與木板平行B．平衡摩擦力時，在細線的下端懸掛重物，使小車在線的拉力作用下能勻速運動C．每次改變小車所受的拉力后都要重新平衡摩擦力D．實驗應滿足重物的質(zhì)量遠小于小車的質(zhì)量解析實驗前應調(diào)節(jié)滑輪高度，使滑輪和小車間的細線與木板平行，故A正確。平衡摩擦力時，不能懸掛重物，故B錯誤。每次改變小車所受的拉力后不需要重新平衡摩擦力，故C錯誤。力傳感器可以直接得到拉力的大小，所以重物的質(zhì)量沒有必要遠小于小車的質(zhì)量，故D錯誤。(2)某同學根據(jù)某次實驗中位移傳感器的實驗數(shù)據(jù)作出小車運動的s-t2圖像如圖乙所示，根據(jù)圖像可知小車運動的加速度大小為______m/s2；比較發(fā)現(xiàn)此加速度小于力傳感器拉力F與小車[包括位移傳感器(發(fā)射器)]的質(zhì)量的比值，原因可能是_________________________________________。此加速度小于力傳感器拉力F與小車[包括位移傳感器(發(fā)射器)]的質(zhì)量的比值，原因可能是沒有平衡摩擦力或者平衡摩擦力不足。|創(chuàng)新角度分析|

(1)利用力傳感器測量細線拉力大小。(2)利用位移傳感器測量小車的位移隨時間的變化規(guī)律。(3)利用s-t2圖像求小車的加速度。

某同學利用如圖所示的裝置做“探究加速度與力、質(zhì)量的關系”的實驗。在氣墊導軌上安裝了兩個光電門1、2，滑塊上固定一遮光條，滑塊通過繞過兩個滑輪的細繩與彈簧測力計相連，實驗時改變鉤碼的質(zhì)量，讀出彈簧測力計的不同示數(shù)F，不計細繩與滑輪之間的摩擦力。(1)根據(jù)實驗原理圖，本實驗________(選填“需要”或“不需要”)將帶滑輪的氣墊導軌右端墊高，以平衡摩擦力；實驗中________(選填“一定要”或“不必要”)保證鉤碼的質(zhì)量遠小于滑塊和遮光條的總質(zhì)量；實驗中________(選填“一定要”或“不必要”)用天平測量出所掛鉤碼的質(zhì)量；滑塊(含遮光條)的加速度________(選填“大于”“等于”或“小于”)鉤碼的加速度。解析：此實驗用氣墊導軌，導軌水平時滑塊與導軌之間沒有摩擦力，所以不需要墊高氣墊導軌右端平衡摩擦力；滑塊受到的拉力可以用彈簧測力計測出，故不需要滿足鉤碼的質(zhì)量遠小于滑塊和遮光條的總質(zhì)量，也不需要用天平測量出所掛鉤碼的質(zhì)量；因鉤碼掛在動滑輪上，則滑塊的加速度等于鉤碼加速度的2倍，即滑塊(含遮光條)的加速度大于鉤碼的加速度。不需要不必要不必要大于(2)某同學實驗時，未掛細繩和鉤碼，接通氣源，推一下滑塊使其從軌道右端向左運動，發(fā)現(xiàn)遮光條通過光電門2的時間大于通過光電門1的時間，該同學疏忽大意，未采取措施調(diào)節(jié)導軌，繼續(xù)進行其他實驗步驟(其他實驗步驟沒有失誤)，則該同學作出的滑塊(含遮光條)加速度a與彈簧測力計示數(shù)F的圖像可能是________(填圖像下方的字母)。解析：遮光條通過光電門2的時間大于通過光電門1的時間，說明滑塊做減速運動，導軌的左端偏高，則加外力時，需達到一定的值才能使滑塊加速運動，則作出的滑塊(含遮光條)加速度a與彈簧測力計示數(shù)F的圖像可能是C。C(3)若該同學作出的a-F圖像中圖線的斜率為k，則滑塊(含遮光條)的質(zhì)量為________。知能演練·重落實內(nèi)化知識鞏固技能31．在做“探究加速度與力、質(zhì)量的關系”的實驗中，(1)下列儀器需要用到的是________。解析：本實驗通過紙帶打點分析求解物體的加速度，利用了控制變量法，通過改變小車或重物的質(zhì)量，從而探究加速度與質(zhì)量、合外力之間的關系，所以選擇儀器A、D。AD(2)下列說法正確的是________。A．先釋放紙帶再接通電源B．拉小車的細線應盡可能與長木板平行C．紙帶與小車相連端的點跡較疏D．輕推小車，拖著紙帶的小車能夠勻速下滑說明摩擦力已被平衡解析：實驗時應先接通打點計時器的電源，后釋放小車，為了保證細線拉力不被分解，所以細線要盡可能與木板平行，所以選項A錯誤，選項B正確；小車剛開始運動時速度較小，所以紙帶與小車相連端的點跡較密，選項C錯誤；拖著紙帶的小車能夠勻速下滑說明恰好平衡摩擦力，選項D正確。BD(3)實驗時打出的一條紙帶如圖所示，A、B、C、D……為每隔4個點取的計數(shù)點，電源的頻率為50Hz，據(jù)此紙帶可知小車在D點的速度大小為________m/s(小數(shù)點后保留2位)。0.212．在“探究加速度與力、質(zhì)量的關系”活動中，某小組設計了如圖所示的實驗裝置。圖中上、下兩層水平軌道表面光滑，兩小車前端系上細線，細線跨過滑輪并掛上砝碼盤，兩小車尾部細線連到控制裝置上，實驗時通過控制裝置使兩小車同時開始運動，然后同時停止。(1)在安裝實驗裝置時，應調(diào)整滑輪的高度，使________________________。在實驗時，為減小系統(tǒng)誤差，應使砝碼盤和砝碼的總質(zhì)量________(選填“遠大于”“遠小于”或“等于”)小車的質(zhì)量。解析：拉小車的細線要與軌道平行。只有在砝碼盤和砝碼的總質(zhì)量遠小于小車質(zhì)量時，才能認為細線拉小車的力等于砝碼盤和砝碼的總重力。拉小車的細線與軌道平行遠小于(2)本實驗通過比較兩小車的位移來比較小車加速度的大小，能這樣比較，是因為_____________________________________________________________。3．某實驗小組利用拉力傳感器和打點計時器“探究加速度與力的關系”。他們將拉力傳感器固定在小車上，記錄小車靜止時受到拉力的大小，下面按照圖甲進行實驗，t＝0時，小車處于圖甲所示的位置。(1)該同學按圖甲完成實驗，請指出至少一處錯誤：_____________________________________________________________________________________。解析：由圖甲可以看出，打點計時器的電源接了直流電源；小車釋放時離打點計時器太遠；實驗前未平衡摩擦力。直流電源；小車釋放時離打點計時器太遠；實驗前未平衡摩擦阻力打點計時器的電源接了(2)圖乙是實驗中獲得的一條紙帶的某部分，選取A、B、C、D、E計數(shù)點(每相鄰兩個計數(shù)點間還有4個點未畫出)，A、C間的距離為________cm。(3)若打點計時器使用的交流電頻率為50Hz，則小車的加速度大小為________m/s2。(結(jié)果保留2位有效數(shù)字)解析：由圖乙可知，A、C間的距離為3．10cm。解析：T＝0.02×5s＝0.10s3．10

0.984．圖甲為用拉力傳感器和速度傳感器探究“加速度與力、質(zhì)量的關系”的實驗裝置。用拉力