(2020新教材)新魯科版高中物理必修第一冊講義：第5章第2節(jié)科學(xué)探究：加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系

1、第 2 節(jié) 科學(xué)探究：加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系學(xué)生用書 P88一、實驗?zāi)康?.探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系.2 學(xué)習(xí)用控制變量法探索物理規(guī)律.二、實驗器材帶定滑輪的木板、薄墊塊、小車、細繩、重物（小鉤碼或沙桶等）、打點計時器、紙帶、交流電源、天平、砝碼、刻度尺.三、實驗原理與設(shè)計采用控制變量法1保持物體質(zhì)量 m 不變，探究加速度 a 與力 F 的關(guān)系.2 .保持物體所受的力相同，探究加速度a 與質(zhì)量 m 的關(guān)系.實驗設(shè)計有一個關(guān)鍵點：如何測量小車受到的合外力？常用方法是將木板一端墊高，使 小車不拉重物時能勻速運動，此時小車重力沿斜面的分力恰好抵消其所受摩擦力及其他阻力; 同時，所掛重物的質(zhì)量應(yīng)遠小

2、于小車的質(zhì)量.在此條件下，對應(yīng)的重物重力大小便可近似認 為等于作用于小車的合外力大小.四、實驗步驟1將小車置于帶有定滑輪的木板上，將紙帶穿過打點計時器后掛在小車尾部.2 用薄墊塊將木板一端墊高，調(diào)整其傾斜程度，直至小車運動時打點計時器在紙帶上打 出的點分布均勻為止.3 在細繩一端掛上重物，另一端通過定滑輪系在小車前端注意重物質(zhì)量應(yīng)遠小于小車4 .將小車靠近打點計時器后開啟打點計時器，稍后再將小車由靜止釋放.打點計時器在紙帶上打出一系列點，據(jù)此計算出小車的加速度保持小車質(zhì)量不變，增加重物的質(zhì)量（重物總質(zhì)量仍遠小于小車質(zhì)量），重復(fù)實驗，將小車所受的不同拉力與相應(yīng)計算出的加速度記錄下來.5.保持重物

3、不變，增加或減少小車上的砝碼以改變小車的質(zhì)量，重復(fù)實驗，將小車的質(zhì)量與相應(yīng)的加速度記錄下來.五、數(shù)據(jù)處理1 .物體的質(zhì)量一定，探究加速度與受力的關(guān)系基礎(chǔ)儲備 陰爾1實驗序號12345拉力 F/N加速度 a/(m s2)由表中數(shù)據(jù)，作出質(zhì)量 m 一定時的 a F 圖像，并得出結(jié)論.2.物體的受力一定，探究加速度與質(zhì)量的關(guān)系六、誤差分析產(chǎn)生原因減小方法偶然誤差質(zhì)量測量不準(zhǔn)、計數(shù)點間距測量不準(zhǔn)多次測量求平均值小車所受拉力測量不準(zhǔn)(1)準(zhǔn)確平衡摩擦力(2)使細繩和紙帶平行于木板系統(tǒng)誤差小桶和沙子的總重力代替小車所受的拉力使小桶和沙子的總質(zhì)量遠小于小車的質(zhì)量七、注意事項1 平衡摩擦力時不要掛重物，整個實

4、驗平衡了摩擦力后，不管以后是改變小桶和沙子的 質(zhì)量還是改變小車及砝碼的質(zhì)量，都不需要重新平衡摩擦力.2 實驗中必須滿足小車和砝碼的總質(zhì)量遠大于小桶和沙子的總質(zhì)量只有如此，小桶和 沙子的總重力才可視為與小車受到的拉力相等.3 作圖像時，要使盡可能多的點在所作直線上，不在直線上的點應(yīng)盡可能均勻地分布在 所作直線兩側(cè)離直線較遠的點是錯誤數(shù)據(jù)，可舍去不予考慮.4 釋放小車時，小車應(yīng)靠近打點計時器且先接通電源再釋放小車.考點明示釧感悟上學(xué)生用書 P89實驗序號12345質(zhì)量 m/kg1-1m/kg加速度 a/(m s2)1由表中數(shù)據(jù)，作出力 F 不變時，a 丄的圖像，并得出結(jié)論. m熱點實驗原理及操作込

5、 用如圖所示的裝置研究在作用力F定時，小車的加速度 a 與小車質(zhì)量 m 的關(guān)系,某位同學(xué)設(shè)計的實驗步驟如下:打點計時器A 用天平稱出小車和重物的質(zhì)量B 按圖裝好實驗器材C.把輕繩系在小車上并繞過定滑輪懸掛重物D 將電磁打點計時器接在電壓為6V 的蓄電池上，接通電源，放開小車，打點計時器在紙帶上打下一系列點，并在紙帶上標(biāo)明小車的質(zhì)量E.保持重物的質(zhì)量不變，增加小車上的砝碼個數(shù)，并記錄每次增加后的m 值，重復(fù)上述 實驗F. 分析每條紙帶，測量并計算出加速度的值G.作 a m 關(guān)系圖像，并由圖像確定a m 關(guān)系(1)_ 該同學(xué)漏掉的重要實驗步驟是， 該步驟應(yīng)排在_ 步實驗之后.在上述步驟中，有錯誤的

6、是 _ ，應(yīng)把_ 改為_(3)在上述步驟中，處理不恰當(dāng)?shù)氖?_ ，應(yīng)把_改為_.解析實驗中認為重物的重力與小車所受拉力大小相等，沒有考慮摩擦力，故必須平衡摩擦力.電磁打點計時器接在電壓為 6 V 的蓄電池上將無法工作，必須接在 6 V 以下交流電壓的學(xué)生電源上作 am 關(guān)系圖像，得到的是雙曲線的一支，很難作出正確的判斷，必須“化1曲為直”，改為 a m 關(guān)系圖像.答案(1)平衡摩擦力B (2)D 電壓為 6 V 的蓄電池 6 V 交流電壓的學(xué)生電源1(3)Gam am映乂、數(shù)據(jù)處理及誤差分析1“探究加速度與物體質(zhì)量、物體受力的關(guān)系”的實驗裝置如圖甲所示.(1)甲實驗小組在平衡小車與桌面之間摩擦

7、力的過程中，打出了一條紙帶如圖乙所示計5, *3,521 1邛3.S?1:施碼甲(單住：cm)乙時器打點的時間間隔為 0.02 s.從比較清晰的點起，每5 個點取一個計數(shù)點，量出相鄰計數(shù)點之間的距離該小車的加速度a =_ m/s2.(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)(2)乙實驗小組設(shè)計了如表所示的數(shù)據(jù)記錄表格，其中質(zhì)量m 表示小車的質(zhì)量，受力F 為細線拉力，表格中符號表示該小組實驗中記錄的部分數(shù)據(jù).組別質(zhì)量 m/kg受力 F/N加速度 a/(m s2)1m0Fo22Fo34F042m53m0若利用 1、2、3 三組數(shù)據(jù)探究加速度與受力的關(guān)系，則2、3 組數(shù)據(jù)中物體的質(zhì)量分別為_、_;若利用 3、4、5

8、三組數(shù)據(jù)探究加速度與物體質(zhì)量的關(guān)系，則4、 5 組數(shù) 據(jù)中物體所受的力分別為、(3)丙實驗小組在平衡摩擦力后，將5個相同的砝碼都放在小車上掛上砝碼盤，然后每次從小車上取一個砝碼添加到砝碼盤中，測量小車的加速度小車的加速度a 與砝碼盤中砝碼總重力 F 的實驗數(shù)據(jù)如下表:砝碼盤中砝碼總重力F/N0.1960.3920.5880.7840.9802加速度 a/(m s)0.691.181.662.182.70請根據(jù)實驗數(shù)據(jù)在圖丙中作出 a F 的關(guān)系圖像.2根據(jù)解析a F 圖線不通過原點請說明主要原因.As(3.683.52) X102a=T2=0 i2m/s20.16 m/s 或Asa=Ja/(f

9、n.-s_2)丙(3.833.68) X10-0.12(2)探究加速度與受力的關(guān)系時，保持小車的質(zhì)量一定；探究加速度與物體質(zhì)量的關(guān)系時2 2m/s = 0.15 m/s .必須保持小車的受力一定根據(jù)1、2、3 三組數(shù)據(jù)中受力 F 的關(guān)系可知 2、3 組中質(zhì)量分別為mo、mo.根據(jù) 3、4、5 三組數(shù)據(jù)中小車質(zhì)量的關(guān)系可知4、5 組受力分別為 4Fo、4F。.如圖所示.小車、砝碼盤和砝碼組成的系統(tǒng)所受合外力為砝碼盤和砝碼的總重力 計了砝碼盤的重力，導(dǎo)致合力 F 的測量值小于真實值，aF 的圖線不過原點.答案(1)0.16(或 0.15)(2)momo4Fo4Fo(3)如解析圖所示未計入砝碼盤的重

10、力熱煦二實驗改進與創(chuàng)新近為了探究加速度與力的關(guān)系，使用如圖所示的氣墊導(dǎo)軌裝置進行實驗，其中G2為兩個光電門，它們與數(shù)字計時器相連，當(dāng)滑行器通過G2兩光電門時，光束被遮擋的時間 t t2都可以被測量并記錄滑行器連同上面固定的一條形擋光片的總質(zhì)量為M，擋光片寬度為 D，光電門間距為 X,砝碼的質(zhì)量為 m.請回答下列問題.V-X-(1)實驗開始前應(yīng)先調(diào)節(jié)氣墊導(dǎo)軌下面的螺釘，使氣墊導(dǎo)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？(2) 若取 M = 0.4 kg ,改變 m 的值，進行多次實驗，以下 m 的取值不符合條件的是 _ .A.mi= 5 gB. m2= 15 gC. m3= 40

11、 gD m4= 400 g(3) 在此實驗中，需要測得每一個牽引力對應(yīng)的加速度，則加速度的表達式為_ (用At1、 t?、D、x 表示).解析(1)如果氣墊導(dǎo)軌水平，則不掛砝碼時，M 應(yīng)能在任意位置靜止不動，或推動 M后能使 M 勻速運動，或數(shù)字計時器記錄每一個光電門的光束被擋的時間，而表中數(shù)據(jù)漏At都相等.應(yīng)滿足 M? m,故 m4= 400 g 不合適.由于 2 豈 記,v2-矗2ax,學(xué)生用書 P901.（多選）在“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”的實驗中，關(guān)于平衡摩擦力的說法中正確 的是（）A “平衡摩擦力”的本質(zhì)就是想辦法讓小車受到的摩擦力為零B “平衡摩擦力”的本質(zhì)就是使小車所受的重力

12、的下滑分力與所受到的摩擦阻力相平衡C. “平衡摩擦力”的目的就是要使小車所受的合力等于所掛鉤碼通過細繩和滑輪對小車 施加的拉力D “平衡摩擦力”是否成功，可由小車拖動后由打點計時器打出的紙帶上的點跡間距是 否均勻而確定解析：選 BCD.小車所受的摩擦力不可避免，平衡摩擦力的目的就是使小車的重力沿斜面方向的分力與小車所受的阻力相平衡，使小車所受的合外力等于細繩對小車的拉力，A 錯誤，B、C 正確；恰好平衡摩擦力時，小車拖動紙帶，不給小車提供拉力，給小車一個初速度，由打點計時器打出的紙帶點跡間距應(yīng)該是均勻的，D 正確.2 下列關(guān)于“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”實驗的說法中，正確的是（）A 在探究加

13、速度與質(zhì)量的關(guān)系時，只需測量一次，記錄一組數(shù)據(jù)即可B 在探究加速度與質(zhì)量的關(guān)系時，為了直觀判斷二者間的關(guān)系，應(yīng)作出a 2 圖像C.在探究加速度與力的關(guān)系時，只需測量一次，記錄一組數(shù)據(jù)即可D 在探究加速度與力的關(guān)系時，作a-F 圖像應(yīng)該用折線將所描繪的點依次連接解析：選 B做實驗時，需要用控制變量法，測量多組數(shù)據(jù)，才能分析出規(guī)律來，A、C 皆 錯誤；為了使規(guī)律更直觀 ，易于顯現(xiàn)，一般根據(jù)所得數(shù)據(jù)作出圖像 ，作圖像時，應(yīng)用平滑的曲線將所描的點連接起來，需要使大多數(shù)點落在圖像上，落不到圖像上的點應(yīng)基本對稱分布 在圖像兩側(cè)，個別偏離太遠的點，舍去不用，D 錯誤；實驗時可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng) F 定時，a m 圖

14、1像并非常見的函數(shù)圖像，此時需要做別的嘗試，可知，a -圖像是正比例函數(shù)圖像，易于判 m斷，故選 B.2x答案（1）見解析3 如圖所示，在“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”實驗中，若1、2 兩個相同的小車所受拉力分別為 F2,車中所放砝碼的質(zhì)量分別為m1、m2，打開夾子后經(jīng)過相同的時間兩車A.當(dāng) mi= m2、Fi= 2F2時， si= 2s2B .當(dāng)當(dāng) mi= m2、Fi= 2F2時， s2= 2siC.當(dāng)當(dāng) Fi= F2、mi= 2m2時， Si= 2s2D. 1當(dāng) Fi= F2 mi= 2m2時， s22Si解析：選 A.題中 m!和 m2是車中砝碼的質(zhì)量，決不能認為是小車的質(zhì)量.本題中只說

15、明了兩小車是相同的，并未告訴小車的質(zhì)量是多少.當(dāng)mi= m2時，兩車加砝碼后質(zhì)量仍相等，1若 Fi= 2F2,則ai= 2a2,由 s= at2得 si= 2s2,A對，B錯；當(dāng)mi= 2m2時，無法確定兩車加砝碼后的質(zhì)量關(guān)系，兩小車的加速度關(guān)系也就不清楚，故無法斷定兩車的位移關(guān)系 ，C、D 錯.4 如圖所示是某同學(xué)做探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系實驗時已接通電源正要釋放紙帶.請你指出該同學(xué)的五個錯誤.電源_；打點計時器位置_ ;滑輪位置_;(4) 小車位置_ ;(5) 長木板_ .答案：(i)應(yīng)使用 6V 交流電源(2)應(yīng)放在長木板右端(3)應(yīng)能使拉線水平(4)應(yīng)靠近打點計時器(5)應(yīng)墊高右端平

16、衡摩擦力5. (20i9 濟南高一檢測)某次實驗測得如下數(shù)據(jù)：當(dāng)m 定時 a 與 F 的關(guān)系如表一所示;當(dāng) F 定時，a 和丄的關(guān)系如表二所示.表F/N1.002.003.004.00a/(m s2)1.903.955.857.62表二11m/kg0.520.670.801.00a/(m s2)1.512.102.493.10線有何優(yōu)點？答案：(1)作出的兩個圖線如圖所示1(2)a m 的圖線是曲線，難以找出規(guī)律；a后的圖線是直線，容易找出規(guī)律6 .在做“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”的實驗中，保持小車和砝碼的總質(zhì)量不變，測得小車的加速度 a 和拉力 F 的數(shù)據(jù)如表所示：F/N0.200.300.400.500.602a/(m s )0.110.190.290.400.51(1)根據(jù)表中的數(shù)據(jù)在坐標(biāo)系上作出a F 圖像.(1)在如圖所示的相應(yīng)坐標(biāo)系中分別作出表一、表二所給數(shù)據(jù)確定物理量的圖線.N N(2)圖像斜率的物理意義是 _小車和砝碼的總質(zhì)量為 _kg.圖線(或延長線)與 F 軸截距的物理意義是 _解析：(1)根據(jù)所給數(shù)據(jù)在坐標(biāo)系中準(zhǔn)確描點，作出的 a F 圖像如圖所示.(