粵教版高中物理必修第一冊(cè)第四章第二節(jié)加速度與力、質(zhì)量之間的關(guān)系課件

第二節(jié)加速度與力、質(zhì)量之間的關(guān)系第四章牛頓運(yùn)動(dòng)定律

學(xué)習(xí)任務(wù)必備知識(shí)·自主預(yù)習(xí)儲(chǔ)備知識(shí)點(diǎn)一影響加速度的因素實(shí)驗(yàn)思想：控制變量(1)保證滑塊____不變，在大小不同的外力(改變小桶中的橡皮泥的質(zhì)量)作用下，記錄同一滑塊經(jīng)過(guò)兩個(gè)光電門的時(shí)間，如圖所示．質(zhì)量

提醒

控制變量法是物理學(xué)中常用的一種科學(xué)方法．

相同外力F質(zhì)量m

×√×知識(shí)點(diǎn)二探究加速度與力、質(zhì)量的定量關(guān)系1．實(shí)驗(yàn)裝置(如圖所示)氣墊導(dǎo)軌：減少軌道摩擦．光電門和光電數(shù)字計(jì)時(shí)器：光電數(shù)字計(jì)時(shí)器對(duì)時(shí)間的記錄是非常準(zhǔn)確的，如果能測(cè)得擋光片的寬度ΔL和擋光片經(jīng)過(guò)光電門的時(shí)間Δt，就可以求得擋光片通過(guò)光電門的平均速度．如果擋光片很窄，可以認(rèn)為這個(gè)速度就是擋光片通過(guò)光電門的____速度．瞬時(shí)2．實(shí)驗(yàn)原理：實(shí)驗(yàn)的基本思想——控制變量法(1)保持研究對(duì)象即滑塊的____不變，改變鉤碼的數(shù)量，即改變____，探究加速度與所受合外力之間的定量關(guān)系．(2)保持滑塊的____不變，即鉤碼數(shù)量不變，改變滑塊質(zhì)量，研究加速度與質(zhì)量之間的定量關(guān)系．質(zhì)量拉力受力

傾斜的直線體驗(yàn)

2．(1)探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系的實(shí)驗(yàn)是通過(guò)同時(shí)改變小車的質(zhì)量m及受到的拉力F的研究，歸納出加速度、力、質(zhì)量三者之間的關(guān)系． (

)(2)探究a、F、m的關(guān)系的實(shí)驗(yàn)，是通過(guò)先保持小車質(zhì)量不變，研究加速度與力的關(guān)系，再保持小車受力不變，研究加速度與質(zhì)量的關(guān)系，最后歸納出a、F、m三者之間的關(guān)系． (

)(3)如果加速度與力的圖像是一條過(guò)原點(diǎn)的傾斜直線，則加速度與力成________．×√正比關(guān)鍵能力·情境探究達(dá)成純電動(dòng)汽車不排放污染空氣的有害氣體，具有較好的發(fā)展前途．而電動(dòng)汽車的啟動(dòng)加速始終是一個(gè)需要研究的問(wèn)題．請(qǐng)?zhí)骄浚?1)甲同學(xué)說(shuō)可以減小汽車的質(zhì)量，能使加速度更大些，你認(rèn)為對(duì)嗎？(2)乙同學(xué)說(shuō)可以使電動(dòng)汽車的動(dòng)力更強(qiáng)些，也能使加速度更大些，你認(rèn)為對(duì)嗎？提示：(1)對(duì)．(2)對(duì)．考點(diǎn)1影響加速度的因素1．探究加速度與物體所受合外力的關(guān)系(1)探究目的驗(yàn)證猜想：小車質(zhì)量保持不變時(shí)，小車所受合外力越大，加速度越大；反之合外力越小，加速度越?。?/p>

(3)探究結(jié)論當(dāng)物體的質(zhì)量保持不變時(shí)，物體受到的合外力逐漸增大，其加速度將逐漸增大；反之，物體受到的合外力逐漸減小，其加速度也逐漸減?。铀俣鹊姆较蚺c合外力的方向相同．2．探究加速度與物體質(zhì)量的關(guān)系(1)探究目的驗(yàn)證猜想：小車所受合外力不變時(shí)，小車的質(zhì)量越大，加速度越??；反之，質(zhì)量越小，加速度越大．(2)探究實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)①把小車放在斜面上，用彈簧測(cè)力計(jì)沿斜面向上拉小車，使小車保持靜止或做勻速直線運(yùn)動(dòng)，記下彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)．

【典例1】在“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”活動(dòng)中，某小組設(shè)計(jì)了如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置．圖中上下兩層水平軌道表面光滑，兩小車前端系上細(xì)線，細(xì)線跨過(guò)滑輪并掛上砝碼盤，兩小車尾部細(xì)線連到控制裝置上，實(shí)驗(yàn)時(shí)通過(guò)控制裝置使兩小車同時(shí)開(kāi)始運(yùn)動(dòng)，然后同時(shí)停止．(1)在安裝實(shí)驗(yàn)裝置時(shí)，應(yīng)調(diào)整滑輪的高度，使___________________；在實(shí)驗(yàn)時(shí)，為減小系統(tǒng)誤差，應(yīng)使砝碼盤和砝碼的總質(zhì)量_________(選填“遠(yuǎn)大于”“遠(yuǎn)小于”或“等于”)小車的質(zhì)量．(2)本實(shí)驗(yàn)通過(guò)比較兩小車的位移來(lái)比較小車加速度的大小，能這樣比較，是因?yàn)開(kāi)_______________________________________________________________________________________________________．思路點(diǎn)撥：應(yīng)使細(xì)線平行于水平軌道，以減小誤差；使砝碼盤和砝碼總質(zhì)量比小車質(zhì)量小很多，才能近似認(rèn)為拉小車的力與砝碼盤和砝碼的總重力相等．細(xì)線與軌道平行(或水平)遠(yuǎn)小于兩小車從靜止開(kāi)始做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，且兩小車的運(yùn)動(dòng)時(shí)間相等，所以加速度大小之比等于位移大小之比

規(guī)律方法

控制變量法加速度的大小既與物體受到的力的大小有關(guān)，也與物體的質(zhì)量有關(guān)，研究加速度a與力F及物體的質(zhì)量m間的關(guān)系時(shí)，質(zhì)量m與力F不能同時(shí)改變，應(yīng)控制m不變，研究a與F的關(guān)系，控制F不變，研究a與m的關(guān)系，即采用控制變量法．[跟進(jìn)訓(xùn)練]1．甲、乙兩個(gè)實(shí)驗(yàn)小車，在同樣的合外力作用下，甲車產(chǎn)生的加速度是1.5m/s2，乙車產(chǎn)生的加速度是4.5m/s2，甲車的質(zhì)量m甲和乙車的質(zhì)量m乙之比為(

)A．1∶3

B．3∶1C．1∶1 D．無(wú)法確定√考點(diǎn)2探究加速度與力、質(zhì)量的定量關(guān)系1．實(shí)驗(yàn)原理(1)控制變量法①保持滑塊的質(zhì)量不變，改變其所受合外力探究a與F的關(guān)系．②保持滑塊所受的合外力不變，改變其質(zhì)量探究a與M的關(guān)系．

2．實(shí)驗(yàn)器材：氣墊導(dǎo)軌、滑塊(包括擋光片)、橡皮泥、光電門、數(shù)字計(jì)時(shí)器、砝碼、天平．3．實(shí)驗(yàn)與探究(1)實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示，讓滑塊在砝碼拉力的作用下做加速運(yùn)動(dòng)，記錄下滑塊通過(guò)光電門的速度、砝碼的質(zhì)量、兩光電門之間的距離．(2)保持滑塊質(zhì)量不變，通過(guò)增加(或減少)砝碼的數(shù)量來(lái)改變拉力的大小，重復(fù)實(shí)驗(yàn)3次．(3)將實(shí)驗(yàn)結(jié)果填入表一，并計(jì)算每一次滑塊的加速度a．表一滑塊質(zhì)量M＝________kg砝碼的質(zhì)量m/kg滑塊所受拉力大小的近似值F/N滑塊通過(guò)光電門1的速度v1/(m·s-1)滑塊通過(guò)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(jì)算值a/(m·s-2)

(4)用縱坐標(biāo)表示加速度，橫坐標(biāo)表示作用力，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果畫出滑塊運(yùn)動(dòng)的a-F圖像，從而得出a與F的關(guān)系．(5)保持砝碼的質(zhì)量不變，即滑塊所受的拉力不變，在滑塊上增加(或減少)橡皮泥來(lái)改變滑塊的質(zhì)量，重復(fù)進(jìn)行幾次實(shí)驗(yàn)，記下實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，將實(shí)驗(yàn)結(jié)果填入表二．表二拉力F＝________N滑塊(含橡皮泥)的質(zhì)量M/kg滑塊通過(guò)光電門1的速度v1/(m·s-1)滑塊通過(guò)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(jì)算值a/(m·s-2)

4．實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理方法——圖像法、“化曲為直”法(1)研究加速度a和力F的關(guān)系，以加速度a為縱坐標(biāo)，以力F為橫坐標(biāo)，根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)描點(diǎn)，然后作出圖像，如圖甲所示，若圖像是一條通過(guò)原點(diǎn)傾斜的直線，就能說(shuō)明a與F成正比．甲

乙丙5．實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)(1)氣墊導(dǎo)軌是較精密儀器，實(shí)驗(yàn)中必須避免導(dǎo)軌受碰撞、摩擦而變形、損傷，沒(méi)有給氣墊導(dǎo)軌通氣時(shí)，不準(zhǔn)在導(dǎo)軌上強(qiáng)行推動(dòng)滑塊．(2)實(shí)驗(yàn)時(shí)滑塊的速度不能太大，以免在與導(dǎo)軌兩端緩沖彈簧碰撞后跌落而使滑塊受損．(3)實(shí)驗(yàn)中滑塊由靜止釋放，應(yīng)防止砝碼盤擺動(dòng)且滑塊最好在同一位置處釋放，這樣便于檢查數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性．(4)用圖像法處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，作圖時(shí)應(yīng)使盡可能多的點(diǎn)在直線上，不在直線上的點(diǎn)盡可能分布在所作直線的兩側(cè)，偏離直線太遠(yuǎn)的點(diǎn)應(yīng)舍棄掉．【典例2】某實(shí)驗(yàn)小組探究“加速度a與物體所受合外力F的關(guān)系”，實(shí)驗(yàn)裝置如圖甲所示．小車的質(zhì)量M(1)在該實(shí)驗(yàn)中必須采用控制變量法，應(yīng)保持____________不變．(2)調(diào)整長(zhǎng)木板的傾斜角度，以平衡小車受到的摩擦力，在________(選填“掛”或“不掛”)砂桶的情況下，輕推小車，看小車是否做勻速直線運(yùn)動(dòng)．(3)若交流電的頻率為50Hz，則根據(jù)圖乙所打紙帶的打點(diǎn)記錄，小車的加速度a＝________m/s2．(計(jì)算結(jié)果保留2位小數(shù))不掛1.46(4)從理論上來(lái)看a-F圖像是過(guò)原點(diǎn)的一條直線，本次實(shí)驗(yàn)得到的圖線卻是如圖丙所示，其中的原因可能是________．A．實(shí)驗(yàn)中木板的傾斜角度過(guò)大B．實(shí)驗(yàn)中木板的傾斜角度過(guò)小C．實(shí)驗(yàn)中小車的質(zhì)量過(guò)大D．實(shí)驗(yàn)中小車質(zhì)量發(fā)生變化B

規(guī)律方法

實(shí)驗(yàn)操作和數(shù)據(jù)處理的注意事項(xiàng)(1)小車質(zhì)量改變后，無(wú)需重新平衡摩擦力．(2)用圖像法處理數(shù)據(jù)的一般方法是先描點(diǎn)，然后用平滑的曲線把所描的點(diǎn)連接起來(lái)，連線時(shí)不要連成折線．本實(shí)驗(yàn)連線時(shí)要讓直線通過(guò)盡量多的點(diǎn)，不在一條直線上的點(diǎn)要均勻分布在直線的兩側(cè)．這樣做的目的是減小實(shí)驗(yàn)中的偶然誤差，類似用求平均值的方法來(lái)減小誤差．[跟進(jìn)訓(xùn)練]2．用如圖甲所示裝置做實(shí)驗(yàn)，連接小車的細(xì)繩與水平木板平行，繩與小車相連處有一力傳感器可以測(cè)量細(xì)繩上的拉力．小車靜止時(shí)，小車上擋光板與光電門的距離為

x，擋光板寬度為

d(d?x)，小車由靜止釋放后擋光板通過(guò)光電門的時(shí)間為Δt．(1)推導(dǎo)加速度表達(dá)式___________(用題目中的物理量表示)．(2)保持小車的質(zhì)量不變，測(cè)得小車的加速度a和拉力F的數(shù)據(jù)如表所示．F/N0.200.300.400.50a/(m·s-2)0.100.210.290.40

①根據(jù)表中的數(shù)據(jù)在圖乙中擬合出a-F圖線．②圖線不通過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)，出現(xiàn)這個(gè)現(xiàn)象的原因是__________．A．小車的加速度a與拉力F成正比

B．操作過(guò)程中沒(méi)有平衡摩擦

C．不滿足所掛重物質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車質(zhì)量

B

學(xué)習(xí)效果·隨堂評(píng)估自測(cè)1．在探究物體的加速度與合外力的關(guān)系實(shí)驗(yàn)中：某同學(xué)用圖甲裝置：保持小車(含車中重物)的質(zhì)量M不變，細(xì)線下端懸掛槽碼的總重力mg作為小車受到的合力F，用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測(cè)出小車運(yùn)動(dòng)的加速度a．甲(1)關(guān)于實(shí)驗(yàn)操作，下列說(shuō)法正確的是________．A．實(shí)驗(yàn)前應(yīng)調(diào)節(jié)滑輪高度，使滑輪和小車間的細(xì)線與木板平行B．平衡摩擦力時(shí)，在細(xì)線的下端懸掛槽碼，使小車在細(xì)線的拉力作用下能勻速下滑C．每次改變小車所受的拉力后都要重新平衡摩擦力A(2)圖乙中，出現(xiàn)A的原因_________________________________．圖乙中，出現(xiàn)C的原因__________________________________．乙平衡摩擦力過(guò)度平衡摩擦力不足或未平衡摩擦力[解析]

(1)實(shí)驗(yàn)前應(yīng)調(diào)節(jié)滑輪高度，使滑輪和小車間的細(xì)線與木板平行，故A正確；平衡摩擦力時(shí)，應(yīng)不掛槽碼，使小車拖著紙帶能在木板上勻速下滑，故B錯(cuò)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(cuò)誤．(2)題圖乙中A，當(dāng)F＝0時(shí)，加速度不為零，可知出現(xiàn)A的原因是平衡摩擦力過(guò)度；圖中C，當(dāng)拉力等于一定值時(shí)小車才有加速度，則出現(xiàn)C的原因是平衡摩擦力不足或未平衡摩擦力．2．如圖所示為某同學(xué)所安裝的“探究加速度與力、質(zhì)量的定量關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)裝置，在圖示狀態(tài)下開(kāi)始做實(shí)驗(yàn)，該同學(xué)的裝置和操作中的主要錯(cuò)誤是(至少寫出三個(gè)錯(cuò)誤)：(1)______________________________________________________．(2)______________________________________________________．(3)____________________________________________________．[解析]

由題圖可知，本實(shí)驗(yàn)存在以下錯(cuò)誤：①長(zhǎng)木板右端未墊高以平衡摩擦力(或沒(méi)有平衡摩擦力)；②錯(cuò)用了直流電源(或應(yīng)該用交流電)；③牽引小車的細(xì)線與長(zhǎng)木板不平行；④開(kāi)始實(shí)驗(yàn)時(shí)，小車離滑輪太近(或小車離打點(diǎn)計(jì)時(shí)器太遠(yuǎn)、牽引小車的細(xì)線太短)．[答案]

見(jiàn)解析3．某同學(xué)用如圖甲所示裝置做“探究物體的加速度與力的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)．(1)實(shí)驗(yàn)時(shí)保持小車的質(zhì)量不變，為了能使鉤碼所受的重力近似作為小車受到的合力，鉤碼質(zhì)量m和小車質(zhì)量M選取以下哪一組更好________．A．M＝100g，