人教版必修第一冊(cè)第四章2.實(shí)驗(yàn)探究加速度與力質(zhì)量的關(guān)系學(xué)案

2.實(shí)驗(yàn)：探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系.本實(shí)驗(yàn)需要測(cè)量的物理量有：.本實(shí)驗(yàn)應(yīng)用的最主要的實(shí)驗(yàn)方法是o.思考：采用阻力補(bǔ)償法進(jìn)行探究實(shí)驗(yàn)時(shí)，如何補(bǔ)償阻力？.下列說(shuō)法正確的是o①打點(diǎn)計(jì)時(shí)器要固定在長(zhǎng)木板靠近定滑輪的一端。②調(diào)節(jié)定滑輪，使拉小車的細(xì)繩和板面平行。③實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)先釋放小車，再接通電源。④槽碼的重力就等于小車所受的合力。⑤在探究加速度與質(zhì)量的關(guān)系時(shí)，為了直觀判斷兩者間的關(guān)系，應(yīng)作出〃'圖像。1.在利用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器和小車來(lái)做“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)時(shí)，下列說(shuō)法不正確的是()A.平衡摩擦力時(shí)，應(yīng)將怯碼盤及盤內(nèi)磋碼通過(guò)定滑輪拴在小車上B.連接磋碼盤和小車的細(xì)繩應(yīng)跟長(zhǎng)木板保持平行C.平衡摩擦力后，長(zhǎng)木板的位置不能移動(dòng)D.小車釋放前應(yīng)靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，且應(yīng)先接通電源再釋放小車2.在利用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器和小車來(lái)做“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)時(shí)，下列做法和理由正確的是()A.實(shí)驗(yàn)中所用電源為低壓直流電源B.可以將裝有砂子的小桶用鉤碼代替，這樣會(huì)使實(shí)驗(yàn)更加方便C.實(shí)驗(yàn)結(jié)果不用a-m圖像，而用圖像，是為了便于根據(jù)圖像直觀地作出判斷D.實(shí)驗(yàn)不需要平衡摩擦力3.圖(a)為“利用DIS探究小車加速度與力的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)裝置，阻力忽略不計(jì)，得到。孑的關(guān)系如圖(b)所示。則實(shí)驗(yàn)過(guò)程中需滿足的條件為（）A.小車質(zhì)量較大且不變B.小車質(zhì)量較小且不變C.鉤碼質(zhì)量較大且不變D,鉤碼質(zhì)量較小且不變.用如圖所示的裝置可以完成“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)。⑴打點(diǎn)計(jì)時(shí)器使用的電源是（選填選項(xiàng)前的字母）。A,直流電源B.交流電源⑵實(shí)驗(yàn)中，需要平衡摩擦力和其他阻力。正確操作方法是（選填選項(xiàng)前的字母）。A.把長(zhǎng)木板右端墊高B.改變小車的質(zhì)量⑶在（選填選項(xiàng)前的字母）且計(jì)時(shí)器打點(diǎn)的情況下，輕推一下小車，若小車拖著紙帶做勻速運(yùn)動(dòng)，表明已經(jīng)消除了摩擦力和其他阻力的影響。A.不懸掛槽碼B.懸掛槽碼（4）實(shí)驗(yàn)中，為了保證懸掛槽碼的重力近似等于使小車做勻加速運(yùn)動(dòng)的拉力，懸掛槽碼的總質(zhì)量m與小車M之間應(yīng)滿足的條件是（選填選項(xiàng)前的字母）。X.M?mB.m?M.某同學(xué)用如圖甲所示的裝置做“探究物體的加速度與力的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)時(shí)保持小車的質(zhì)量不變，用鉤碼的重力作為小車受到的合外力，根據(jù)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在小車后端拖動(dòng)的紙帶上打出的點(diǎn)跡計(jì)算小車運(yùn)動(dòng)的加速度。⑴實(shí)驗(yàn)時(shí)先不掛鉤碼，反復(fù)調(diào)整墊木的左右位置，直到小車做勻速直線運(yùn)動(dòng)，這樣做的目的是O⑵圖乙為實(shí)驗(yàn)中打出的一條紙帶的一部分，從比較清晰的點(diǎn)跡起，在紙帶上標(biāo)出了連續(xù)的5個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)人B、C、D、E,相鄰兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)之間還有4個(gè)點(diǎn)跡沒(méi)有標(biāo)出，測(cè)出各計(jì)數(shù)點(diǎn)到A點(diǎn)之間的距離，如圖乙所示。已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器接在頻率為50Hz的交流電源兩端，則此次實(shí)驗(yàn)中小車到C點(diǎn)時(shí)的速度vc=m/s,運(yùn)動(dòng)的加速度的測(cè)量值。=mH。（結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）⑶實(shí)驗(yàn)時(shí)改變所掛鉤碼的質(zhì)量，分別測(cè)量小車在不同外力作用下的加速度。根據(jù)測(cè)得的多組數(shù)據(jù)畫出的。孑關(guān)系圖線如圖丙所示。試分析：圖線不通過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)0的原因是；圖線上部彎曲的原因是O.兩個(gè)相同的小車并排放在光滑水平桌面上，小車前端系上細(xì)線，細(xì)線的另一端跨過(guò)定滑輪各掛一個(gè)小盤，盤里分別放有不同質(zhì)量的祛碼如圖（a）。小車所受的水平拉力F的大小可以認(rèn)為等于祛碼（包括祛碼盤）所受的重力大小。小車后端也系有細(xì)線，用一只夾子夾住兩根細(xì)線如圖（b）,控制兩個(gè)小車同時(shí)開(kāi)始運(yùn)動(dòng)和結(jié)束運(yùn)動(dòng)。由于兩個(gè)小車初速度都是零，運(yùn)動(dòng)時(shí)間又相同，x二）尸，即ROCQ,只要測(cè)出兩小車位移X之比就等于測(cè)出它們的加速度。之比。實(shí)驗(yàn)結(jié)果是：當(dāng)小車質(zhì)量相同時(shí)，；當(dāng)拉力尸相等時(shí)實(shí)驗(yàn)中用祛碼（包括祛碼盤）所受的重力G=mg的大小作為小車所受拉力F的大小，這樣做會(huì)引起實(shí)驗(yàn)誤差，為了減小這個(gè)誤差，G與小車所受重力Mg之間需要滿足的關(guān)系是：.小王同學(xué)在探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系時(shí)，小車及祛碼的質(zhì)量用M表示，砂桶及砂的質(zhì)量用m表示，小車的加速度可由小車后拖動(dòng)的紙帶計(jì)算出。⑴往砂桶中加入一定量的砂子，當(dāng)M與加的大小關(guān)系滿足時(shí)，可近似認(rèn)為繩對(duì)小車的拉力大小等于砂桶和砂的重力；在釋放小車（選填“之前”或“之后”）接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源，在紙帶上打出一系列的點(diǎn)。⑵在平衡摩擦力后，他用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的紙帶的一段如圖甲所示,該紙帶上相鄰兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)間還有4個(gè)點(diǎn)未標(biāo)出，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器使用交流電的頻率是50Hz,則小車的加速度大小是m/s2,當(dāng)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打B點(diǎn)時(shí)小車的速度是m/s。（結(jié)果保留3位有效數(shù)字）⑶小張同學(xué)用同一裝置做實(shí)驗(yàn)，他們倆在同一坐標(biāo)系中畫出的a-F關(guān)系圖線如圖乙所示，小張和小王同學(xué)做的實(shí)驗(yàn)，有一個(gè)不同的物理量是：O8.要探究加速度與合外力的關(guān)系，某同學(xué)設(shè)計(jì)了如圖所示實(shí)驗(yàn)裝置,其中長(zhǎng)木板放在水平桌面上。⑴調(diào)節(jié)砂桶中砂的質(zhì)量，調(diào)節(jié)定滑輪的高度，使連接小車的細(xì)線與長(zhǎng)木板平行，小車靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，接通電源，輕推小車，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的點(diǎn)間隔均勻，彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)為Fo,則小車受到的摩擦力大小等于；（2）（選填“懸掛”或“不懸掛”）砂桶,將長(zhǎng)木板沒(méi)有定滑輪的一端適當(dāng)墊高，接通電源，輕推小車，使打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上打出的點(diǎn)間隔均勻，此番操作的目的是；⑶某次實(shí)驗(yàn)打出的紙帶如圖所示，。、4B、C、。為計(jì)數(shù)點(diǎn)，相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔為0.1s根據(jù)紙帶上的數(shù)據(jù)求得小車運(yùn)動(dòng)的加速度a=m*（結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）；（4）保持小車的質(zhì)量不變，多次改變砂桶中砂的質(zhì)量進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，得到多組小車的加速度a和彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)F，作出a-F圖像，則可能的是O9.在圖甲所示的實(shí)驗(yàn)裝置中，一端系在滑塊上的輕質(zhì)細(xì)繩通過(guò)轉(zhuǎn)軸光滑的輕質(zhì)滑輪，另一端掛一質(zhì)量為m=0.5kg的鉤碼，某同學(xué)利用此裝置設(shè)計(jì)了如下實(shí)驗(yàn)。A.用墊塊將長(zhǎng)木板有定滑輪的一端墊起，調(diào)整長(zhǎng)木板的傾角，直至輕推滑塊后，滑塊沿長(zhǎng)木板向下做勻速直線運(yùn)動(dòng)；B.保持長(zhǎng)木板的傾角不變，取下細(xì)繩和鉤碼，接好紙帶，接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源,然后讓滑塊沿長(zhǎng)木板滑下，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下的紙帶如圖乙所示。⑴圖乙中紙帶的(選填“左”或“右”)端與滑塊相連。⑵圖乙中相鄰兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)之間還有4個(gè)點(diǎn)未畫出，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器接頻率為50Hz的交流電源，根據(jù)圖乙求出滑塊的加速度。二m/s2o(3)不計(jì)紙帶與打點(diǎn)計(jì)時(shí)器間的阻力，滑塊的質(zhì)量M=kg。(g取9.8m/s2)2.實(shí)驗(yàn)：探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系必備知識(shí)落實(shí)I.物體的質(zhì)量物體所受的作用力物體運(yùn)動(dòng)的加速度.控制變量法.用薄墊塊將木板不帶定滑輪的一端墊高，調(diào)整其傾斜程度，直到小車運(yùn)動(dòng)時(shí)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上打出的點(diǎn)分布均勻?yàn)橹埂?②⑤知能素養(yǎng)進(jìn)階?.A本題考查實(shí)驗(yàn)過(guò)程中應(yīng)注意的事項(xiàng)，選項(xiàng)A中平衡摩擦力時(shí)，不能將怯碼盤及盤內(nèi)祛碼(或小桶)拴在小車上，選項(xiàng)A錯(cuò)，選項(xiàng)B、C、D符合正確的操作方法，B、C、D對(duì)。.C打點(diǎn)計(jì)時(shí)器需要低壓交流電源，所以A錯(cuò)誤；若用鉤碼代替裝有砂子的小桶進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，由于鉤碼的質(zhì)量太大，不利于調(diào)節(jié)拉力的大小，故B錯(cuò)誤；用如《圖像進(jìn)行驗(yàn)證，這樣能更直觀地對(duì)問(wèn)題進(jìn)行判斷，所以C正確；摩擦力會(huì)影響到合外力的測(cè)量，故需要平衡摩擦力，故D錯(cuò)誤。.A探究加速度。和合力F的關(guān)系時(shí)，要保證小車的質(zhì)量不變；為了使得鉤碼的重力等于小車的拉力，則要求小車的質(zhì)量遠(yuǎn)大于鉤碼的質(zhì)量，即小車的質(zhì)量較大且不變。.【解析】⑴打點(diǎn)計(jì)時(shí)器需要交流電源,故選B。⑵平衡摩擦力和其他阻力的方法是把長(zhǎng)木板右端墊高，用小車所受重力的分力來(lái)平衡摩擦力和阻力，故選A。⑶不懸掛槽碼，輕推一下小車，若小車拖著紙帶做勻速運(yùn)動(dòng)，表明已經(jīng)消除了摩擦力和其他阻力的影響。⑷為了保證懸掛槽碼的重力近似等于使小車做勻加速運(yùn)動(dòng)的拉力，懸掛槽碼的總質(zhì)量m與小車M之間應(yīng)滿足的條件是M?mo答案：(1)B(2)A(3)A(4)A?【解析】(1)實(shí)驗(yàn)時(shí)繩的下端先不掛鉤碼，反復(fù)調(diào)整墊木的左右位置，直到小車做勻速直線運(yùn)動(dòng)，以使小車的重力沿斜面的分力和摩擦力抵消，那么小車的合力就是繩子的拉力。這樣做的目的是平衡小車運(yùn)動(dòng)中所受的摩擦阻力。⑵兩計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔r=0.02sx5=0.1sz根據(jù)勻變速直線運(yùn)動(dòng)中時(shí)間中點(diǎn)的速度等于該過(guò)程中的平均速度，可以求出打紙帶上C點(diǎn)時(shí)小車的瞬時(shí)速度大小。司14.70-3.90vc-=—0丫八1x10-2m/s=0.54m/s由逐差法求解加速度,(XCD+XDE)-(XAB+XBC)1a=1.0m/s2o⑶從圖像可以看出當(dāng)有了一定的拉力/時(shí)，小車的加速度仍然是零,小車沒(méi)動(dòng)說(shuō)明小車的合力仍然是零，即小車還受到摩擦力的作用，說(shuō)明摩擦力還沒(méi)有平衡掉，或者是平衡摩擦力了但是平衡的還不夠，沒(méi)有完全平衡掉摩擦力，所以圖線不通過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)的原因是實(shí)驗(yàn)前該同學(xué)未平衡(或未完全平衡)摩擦力。圖線上部彎曲的原因是鉤碼的質(zhì)量太大或小車的質(zhì)量太小，未滿足拉小車的鉤碼質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車質(zhì)量。答案：(1)平衡小車運(yùn)動(dòng)中受到的摩擦阻力⑶沒(méi)有平衡摩擦力或摩擦力平衡不夠未滿足拉小車的鉤碼質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車質(zhì)量.【解析】實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，當(dāng)兩小車質(zhì)量相同時(shí)，祛碼（包括祛碼盤）重力越大，位移越大，則加速度越大，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)會(huì)發(fā)現(xiàn)，加速度與所受拉力成正比；若祛碼重力不變，即拉力不變時(shí)，質(zhì)量越大的小車位移越小，即加速度越小。進(jìn)行測(cè)量分析知，加速度與質(zhì)量成反比。祛碼（包括祛碼盤）的重力大于小車所受的拉力，但如果祛碼的重力G遠(yuǎn)小于小車的重力Mg時(shí)，G近似等于拉力F。答案：加速度與拉力成正比加速度與質(zhì)量成反比G?Mg.【解析】（1）小車實(shí)際的加速度為a=4-，繩子拉力為F=Ma=M+m個(gè)，因此只有當(dāng)M?m時(shí)，拉力尸才近似等于mg；實(shí)驗(yàn)中應(yīng)先接1+而通電源再釋放小車。XBD-XOB⑵〃=一斤一=0.390m/s2,二芳四.377m/s。⑶圖線的斜率為小車及祛碼的質(zhì)量的倒數(shù)，因此小車及祛碼的質(zhì)量不同。答案：（1）M?m之前（3）小車及祛碼的質(zhì)量?【解析】（1）當(dāng)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的點(diǎn)跡均勻時(shí)，小車勻速運(yùn)動(dòng)，則所受的拉力等于摩擦力，而拉力等于彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)，則小車受到的摩擦力大小等于Fo；⑵不懸掛砂桶，將長(zhǎng)木板沒(méi)有定滑輪的一端適當(dāng)墊高，接通電源，輕推小車，使打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上打出的點(diǎn)間隔均勻，此番操作的目的是補(bǔ)償阻力（或平衡摩擦力）；⑶根據(jù)逐差法可得小車運(yùn)動(dòng)的加速度XBD-XOB（15.05-6.74-6.74）xlO-2。=F^二疝Tm/s?-0.39m/s2(4)根據(jù)a=^F,因小車的拉力是由彈簧測(cè)力計(jì)測(cè)量出的，則不會(huì)出現(xiàn)圖像上部分彎曲的情況，故選甲。答案：(1)后⑵不懸掛補(bǔ)償阻力(或平衡摩擦力)(3)0.39(4)甲9.【