滬科版高中物理必修一第5章《探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系》學(xué)案

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1、最新滬科版高中物理必修一第 5章《探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān) 系》學(xué)案 ［學(xué)習(xí)目標定位］1.學(xué)會用控制變量法研究物理規(guī)律 .2.會測量加速度、力和質(zhì)量 ，能作出 一 1 物體運動的a—F、a——圖像3通過實驗探究加速度與力、質(zhì)量的定量關(guān)系. m 知識■儲備區(qū) 層故追本溯源推陳方可知新 一、實驗器材 小車、祛碼、小桶、砂、細線、一端附有定滑輪的長木板、墊木、打點計時器、學(xué)生電 遮、紙帶、刻度尺、天平. 二、實驗原理 實驗的基本思想一一控制變量法 1 .保持研究對象即小車的質(zhì)量不變 ,改變小桶內(nèi)砂的質(zhì)量,即改變作用力，測出小車的對應(yīng) 加速度，驗證加速度是否正比于作用力. 2

2、 .保持小桶中砂的質(zhì)量不變 ,即保持作用力不變，改變研究對象的質(zhì)量,測出對應(yīng)不同質(zhì)量 的加速度，驗證加速度是否反比于質(zhì)量. | 學(xué)習(xí)?探究區(qū) 忌礎(chǔ)自學(xué)精實重點可動探究 一、實驗方案的設(shè)計 1.三個物理量的測量方法一一近似法 本實驗的研究對象：放在長木板上的小車在拉力的作用下做勻加速直線運動. (裝置如圖1 所示). 圖1 (1)小車質(zhì)量的測量 利用天平測出,在小車上增減祛碼可改變小車的質(zhì)量. (2)拉力的測量 當(dāng)小桶和砂的質(zhì)量遠小于小車的質(zhì)量時 ，可以認為小桶和砂的重力近似等于對小車的拉力 即 F= mg (3)加速度的測量：逐差法. 2 .實驗數(shù)據(jù)的處理方法

3、 “化曲為直”法 4 / 11 (1)研究加速度a和力F的關(guān)系 以加速度a為縱坐標，以力F為橫坐標，根據(jù)測量數(shù)據(jù)描點，然后作出圖像，如圖2所示，若圖 像是一條通過原點的直線，就能說明a與F成正比. (2)研究加速度a與物體質(zhì)量m的關(guān)系 如圖3甲所示，因為a—m圖像是曲線，檢查a—m圖像是不是雙曲線，就能判斷它們之間是不 ，…、一八-- 4 — 一，… ，1 八 是反比例關(guān)系 比.我們采取 ，但檢查這條曲線是不是雙曲線 ，相當(dāng)困難.若 a和m成反比，則a與-必成正 m — “化曲為直”的方法 ，以a為縱坐標，以m為橫坐標，作出 像是一條直線

4、 ,如圖乙所示，說明a與1成正比，即a與m成反比. 圖3 二、實驗步驟 1 .用天平測出小車的質(zhì)量 M并把數(shù)值記錄下來. 2 .按圖4所示的裝置把實驗器材安裝好. 3 .平衡摩擦力：在長木板不帶定滑輪的一端下面墊一木塊 ，多次移動木塊位置，直到輕推小 車，使小車在斜面上運動時可保持勻速直線運動為止. 4 .在小桶里放入適量的砂 ，在小車上加放適量的祛碼 ，用天平測出小桶和砂的質(zhì)量 m并記 錄下來.接通電源，放開小車，待打點計時器在紙帶上打好點后取下紙帶. 5 .保持小車的質(zhì)量不變，改變砂和小桶的質(zhì)量，按步驟4再做5次實驗. 6 .在每條紙帶上選取一段比較理想的部分 ，

5、算出每條紙帶對應(yīng)的加速度的值并記錄在表格 得出a—F的關(guān)系. 8 .保持砂和小桶的質(zhì)量不變 ，在小車上加放祛碼，重復(fù)上面的實驗，求出相應(yīng)的加速度，并設(shè) 計表格如下.根據(jù)實驗結(jié)果畫出小車運動的 a-Mpit,從而得出a—M的關(guān)系. 次數(shù) i 2 3 4 5 6 小車加速度 a/(m - s 2) 小車質(zhì)里Mkg M/kg1 9 .整理實驗器材，結(jié)束實驗. 三、注意事項 1 .實驗中應(yīng)先接通電源后釋放小車. 2 .在平衡摩擦力時，不要懸掛小桶，但小車應(yīng)連著紙帶且接通電源.用手輕輕地給小車一個

6、 初速度，如果在紙帶上打出的點的間隔均勻 ，表明小車受到的阻力跟它受到的重力沿斜面向 下的分力平衡. 3 .改變砂的質(zhì)量過程中，要始終保證砂桶(包括砂)的質(zhì)量遠小于小車的質(zhì)量. 4 .作圖時應(yīng)使所作的直線通過盡可能多的點 ，不在直線上的點也要盡可能的分布在直線的 兩側(cè)，但若遇到個別偏離較遠的點可舍去. Z典例精析 【例】某實驗小組利用圖5所示的裝置探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系. 維帶帶滑輪的長木板 圖5 (1)下列做法正確的是 (填字母代號). A.調(diào)節(jié)滑輪的高度，使?fàn)恳緣K的細繩與長木板保持平行 B.在調(diào)節(jié)木板傾斜度平衡木塊受到的滑動摩擦力時 ，將裝有祛碼的祛碼桶通過

7、定滑輪拴在 木塊上 C.實3^時，先放開木塊再接通打點計時器的電源 D.通過增減木塊上的祛碼改變質(zhì)量時，不需要重新調(diào)節(jié)木板傾斜度 (2)圖6是甲、乙兩同學(xué)根據(jù)實驗數(shù)據(jù)畫出的圖像. 形成圖線甲的原因是 . 形成圖線乙的原因是 . 解析 (1)實驗中細繩要與長木板保持平行 ,A項正確；平衡摩擦力時不能將裝有祛碼的祛 碼桶通過細繩繞過滑輪拴在木塊上 ，這樣無法平衡摩擦力，B項錯誤；實驗時應(yīng)先接通打點 計時器的電源再放開木塊 ,C項錯誤；平衡摩擦力后，改變木塊上的祛碼的質(zhì)量后不再需要 重新平衡摩擦力，D項正確. (2)圖線甲中F=0時，木塊就有了加速度，可見是長木板傾角過大.圖線

8、乙中 ，有了拉力時 加速度仍為0,說明未平衡摩擦力或長木板傾角過小. 答案(1)AD (2)長木板傾角過大 未平衡摩擦力或長木板傾角過小 檢測學(xué)習(xí)效果怵驗成功快樂 自我?檢測區(qū) 為了探究加速度與力的關(guān)系，使用如圖7所示的氣墊導(dǎo)軌裝置進行實驗.其中 G、G為兩個 光電門，它們與數(shù)字計時器相連，當(dāng)滑行器通過 G、G光電門時，光束被遮擋的時間 Ati、 At 2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光電門間距離為s,牽引祛碼的質(zhì)量為 m回答下列問題： 圖7 (1)實驗開始應(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

9、 如何判定調(diào)節(jié)是否到位? (2)若取 W 0.4 kg,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. m=5 g B. m2= 15 g C. m= 40 g D . m= 400 g ，其中求得的加速度 a的表達式為: .(用 A ti、At2、D s 表示) D A t 2 答案⑴見解析i (2)D⑶" 2s D A ti (3)在此實驗中，需要測得每一個牽引力對應(yīng)的加速度 解析(1)取下牽引祛碼，滑行器放在任意位置都不動 ，或取下牽引祛碼，輕推滑行器，數(shù)字計 時器記錄每一個光電門的光束被遮擋的時間 A t都相等. (2)本實驗只有在滿足 n?

10、M的條件下，才可以用牽引祛碼的重力近似等于對滑行器的拉力 ， 所以D是不合適的. (3)由于擋光片通過光電門的時間很短 ，所以可以認為擋光片通過光電門這段時間內(nèi)的平均 D D 22 「 速度等于瞬時速度 ，即有vi = ——, V2 = 一1，再根據(jù)運動學(xué)公式 V2— vi = 2as得：a = At i A t2 D 2 D 2 A t2 A11 2s . 40分鐘課時作業(yè) 別為XI、X2,則在實驗誤差允許的范圍內(nèi)，有（ ） L2?"b 1小車牛 ffipF 圖1 A.當(dāng) m=m% E= 2F2時，Xi = 2x2 B.當(dāng) m=m2、F1= 2F2時，X2=

11、 2x1 C.當(dāng) Fi = F2、m= 2m 時，xi = 2x2 D.當(dāng) Fi=F2、m= 2m 時，x2=2xi 答案 A 3 .如圖2所示是在“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”實驗中 ，根據(jù)實驗數(shù)據(jù)描繪出的三條 a—F圖線，下列說法中正確的是（ ） 圖2 A.三條傾斜直線所對應(yīng)繩的拉力相同 B.三條傾斜直線所對應(yīng)的小車和祛碼的總質(zhì)量不同 C.直線i對應(yīng)的小車和祛碼的總質(zhì)量最大 D.直線3對應(yīng)的小車和祛碼的總質(zhì)量最大 答案 BD 一一 , 『 i 一一 解析 由F= ma得a= m3,斜率越大，質(zhì)量越小，故B D選項正確. 4 .利用如圖3甲所示的裝置

12、探究“質(zhì)量一定 ，加速度與力的關(guān)系”實驗時，甲同學(xué)根據(jù)實驗 數(shù)據(jù)畫出的小車的加速度 a和小車所受拉力 F的圖像如圖乙中的直線I所示 ，乙同學(xué)畫出的 a-F圖像如圖乙中的直線n所示.直線I、n在兩個坐標軸上的截距都比較大 ，明顯超出 了誤差范圍，下面關(guān)于形成這種狀況的解釋正確的是 （ ） .帶［~~ 小車 6 / ii 乙 圖3 A.實驗前甲同學(xué)沒有平衡摩擦力 B.甲同學(xué)在平衡摩擦力時，把長木板不帶滑輪的一端墊得過高了 C.實驗前乙同學(xué)沒有平衡摩擦力或平衡摩擦力不夠 D.乙同學(xué)在平衡摩擦力時，把長木板不帶滑輪的一端墊得過高了 答案 BC 解析 圖線I表明不對小車施加拉

13、力小車就有加速度 ，說明平衡摩^力過度，即把長木板不 帶滑輪的一端墊得過高了.圖線n表明對小車施加的拉力達到一定程度后 ，小車才加速運動 說明沒有平衡摩擦力或平衡摩擦力不夠. 5.用如圖4所示的裝置探究在作用力 F一定時，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： A.用天平稱出小車和小桶及其內(nèi)部所裝砂子的質(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砂桶 D.將電磁打點1t時器接在 6 V電壓的蓄電池上，接通電源，放開小車，打點計時器在紙帶上 打下一系列點，并在紙帶上標明小車質(zhì)量 E.保持小桶及其內(nèi)部所裝砂子的質(zhì)量不變 ，增加

14、小車上的祛碼個數(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.彳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)排在實驗步驟 之后. (2)在上述步驟中，有錯誤的是 ,應(yīng)把 改為. ⑶ 在上述步驟中，處理不恰當(dāng)?shù)氖?，應(yīng)把 改為. 答案 （1）平衡摩擦力 B （2）D 6 V電壓的蓄電池 4?6 V交流電壓的學(xué)生電源 （3）G 作a—M關(guān)系圖像 作a —［關(guān)系圖像 解析 實驗中把小桶及其內(nèi)所裝砂子的重力看做與小車所受的拉力大小相等 ，實驗中沒有考 慮摩擦力的作用，故必須平衡摩擦力.電磁打點計時

15、器接在 6 V電壓的蓄電池上將無法工作 必須接在4?6 V交流電壓的學(xué)生電源上.作 a—M關(guān)系圖像，得到的是雙曲線，很難作出正 確的判斷，必須“化曲為直”，改作a—、關(guān)系圖像. 6.某同學(xué)設(shè)計了一個“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”實驗.如圖 5所示為實驗裝置簡 圖，A為小車，B為電火花計時器，C為裝有祛碼的小桶，D為一端帶有定滑輪的長方形木 板.電源頻率為 50 Hz. 圖5 （1）平衡摩擦力后，可認為細繩對小車的拉力 F等于祛碼和小桶的總重力 ，需滿足的條件是 （2）圖6為某次實驗得到的紙帶（紙帶上的點為實際打下的點 ）,根據(jù)圖中的紙帶和相關(guān)數(shù)據(jù) 可求出小車的加速度大

16、小 a =m/s2.（結(jié)果取兩位有效數(shù)字） ■"匚 口 E 6,19 6,7。 7,21 7,72 單位；cm 圖6 （3）在“探究加速度與質(zhì)量的關(guān)系”時 ，保持祛碼和小桶的總質(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： 次數(shù) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 小車加速 a/(m - s 2) 1.98 1.72 1.48 1.25 1.00 0.75 0.48 0.50 0.30 小車質(zhì)量Mkg 0.25 0.29 0.33 0.40 0.50 0.71 0.75 1.00 1.67 1

17、 - 獷 根據(jù)上表數(shù)據(jù)，為直觀反映F不變時a與M的關(guān)系，請在圖7所示坐標紙中選擇恰當(dāng)?shù)奈锢?量建立坐標系，并作出圖線.（如有需要，可利用上表中空格） 11 圖7 答案(1)祛碼和小桶的總質(zhì)量遠小于小車的質(zhì)量 1 解析(1)平衡摩才力后，設(shè)祛碼和小桶的總質(zhì)量為 m小車的質(zhì)量為 M對小車、小桶組成的 系統(tǒng),由牛頓第二定律得 mg= ( vm\- M)a,解得2 = ”^,可見，當(dāng)M? m時，a=mg以小車為研究 M M 對象，當(dāng)滿足條件“祛碼和小桶的總質(zhì)量遠小于小車質(zhì)量”時 ，可認為細繩對小車的拉力 F 等于祛碼和小桶的

18、總重力； (2)從題圖中所給數(shù)據(jù)可以求得 T= 0.04 s, a= — SCD 4T2 s\" SBC =3.2 m/s 2; (3) 利用上表中空格，先求出小車質(zhì)量的倒數(shù)，然后建立a-M^標，作出a—和線. 7. “探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”的實驗裝置如圖 8甲所示. 小車打點計時器 祛碼微 1 甲 9 / 11 3.52 1 3.68 便位:cm) (1)在平衡小車與桌面之間摩擦力的過程中 ，打出了一條紙帶如圖乙所示.計時器打點的時 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，量出并標出相鄰計數(shù)點之間 的距離.該小車的加速度 a= m

19、/s 2. 10 /11 (2)平衡摩擦力后，將5個相同的祛碼都放在小車上.掛上祛碼盤 ，然后每次從小車上取一個 祛碼添加到祛碼盤中，測量小車的加速度.小車的加速度 a與祛碼盤中祛碼總重力 F的實驗 數(shù)據(jù)如下表: 祛碼盤中祛碼總重力 F/N 0.196 0.392 0.588 0.784 0.980 加速度a/(m - s 2) 0.69 1.18 1.66 2.18 2.70 請根據(jù)實驗數(shù)據(jù)在圖 9所示坐標系中作出a—F的關(guān)系圖像. (3)根據(jù)提供的實驗數(shù)據(jù)作出的 a—F圖線不通過原點，請說明主要原因. 答案 (1)0.16 (2

20、)見解析圖 (3)計算F時忘記加入祛碼盤的重力 解析(1)由題意可知計數(shù)間隔 T = 5To= 0.1 s. 由題圖乙可知 As = 0.16 cm =1.6 x 10 3 m,由 A s= a/可得 a= 0.16 m/s 2 (2) a—F圖線如圖所示. (3)平衡小車與桌面之間的摩擦力后 ，a-F圖像仍不通過原點，可能是在計算 F時忘記加入 砝碼盤的重力 , 使作出的圖像向左平移造成的． 11 / 11 i .在利用打點計時器探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系的實驗中 ，以下做法正確的是( ) A.平衡摩擦力時，應(yīng)將重物用細繩通過定滑輪系在小車上 B.每次改變小車的質(zhì)量時，不需要重新平衡摩擦力 C.實3^時，先放開小車，后接通電源 D. “重物的質(zhì)量遠小于小車的質(zhì)量”這一條件如不滿足 ，對探究過程也不會產(chǎn)生影響 答案 B 2.如圖i所示，在探究加速度和力、質(zhì)量關(guān)系的實驗中 ，若i、2兩個相同的小車所受拉力 分別為Fi、F2,車中所放祛碼的質(zhì)量分別為 m、m,打開夾子后經(jīng)過相同的時間兩車的位移分