1、5．2　探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系,1．在質(zhì)量一定的情況下，加速度跟力成______．2．在合外力一定的情況下，加速度跟質(zhì)量成______．3．控制變量法：是研究多個(gè)物理量之間關(guān)系的一種常用方法，可先控制一些量不變，依次研究某一個(gè)因素的影響．在本實(shí)驗(yàn)中探究加速度的影響因素，可先控制______一定，研究加速度與力之間的關(guān)系，再保持合外力一定，研究加速度與______的關(guān)系，最后歸納總結(jié)出加速度與力和質(zhì)量的定量關(guān)系．,一、怎

2、樣探究加速度和力的關(guān)系● 重點(diǎn)解讀(1)基本思路：保持物體的質(zhì)量不變，測(cè)量物體在不同的力的作用下的加速度，分析加速度與力的關(guān)系．(2)實(shí)驗(yàn)操作：如下圖所示，取小車研究(質(zhì)量一定)，用不同數(shù)量的鉤碼拉小車，打出幾條紙帶．用測(cè)力計(jì)測(cè)出拉小車的鉤碼的重力，分析紙帶，求出小車運(yùn)動(dòng)的加速度．,● 難點(diǎn)突破(1)數(shù)據(jù)的分析：設(shè)計(jì)一個(gè)表格，把同一物體在不同力作用下的加速度填在表中．如下表.,(2)圖象分析：由表中數(shù)據(jù)，作出a－F圖象，即在圖中

3、，描點(diǎn)連線．若a與F成正比，圖中各點(diǎn)應(yīng)在一條過(guò)原點(diǎn)的直線上．,二、怎樣探究加速度和物體質(zhì)量的關(guān)系● 重點(diǎn)解讀(1)基本思路：保持物體所受的力相同，測(cè)量不同質(zhì)量的物體在該力作用下的加速度，分析加速度與質(zhì)量的關(guān)系．(2)實(shí)驗(yàn)操作：見(jiàn)實(shí)物圖取小車(車上放砝碼)研究，在拉力不變的情況下(鉤碼一定)，改變小車上的砝碼個(gè)數(shù)，打出幾條不同的紙帶．記錄小車及車上的砝碼的質(zhì)量，求出其運(yùn)動(dòng)的加速度．,● 難點(diǎn)突破(1)數(shù)據(jù)的分析：設(shè)計(jì)第二個(gè)表格，把

4、質(zhì)量不同的物體在相同力作用下的加速度填入表中.,● 疑點(diǎn)辨析(1)小車所受拉力是否完全等于所掛砝碼與盤(pán)的重力？在尋求a與F、m的關(guān)系時(shí)，F(xiàn)一定是物體(研究對(duì)象)所受的合外力，不同的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，合外力的處理也不盡相同，若利用下圖做實(shí)驗(yàn)，在實(shí)驗(yàn)中我們把小盤(pán)和砝碼的重力作為小車所受的合外力來(lái)處理數(shù)據(jù)，但是小盤(pán)和砝碼的重力實(shí)質(zhì)上是提供了小車、小盤(pán)和砝碼三者的合外力，小車所受的合外力要小于小盤(pán)和砝碼的重力．只有在小盤(pán)和砝碼的質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)

5、量時(shí)，才能近似地認(rèn)為小車受到的合外力與小盤(pán)和砝碼的重力相等．,(2)為何要讓木板合理地傾斜？如下圖甲所示，放在不光滑水平面上的物體，在水平拉力F作用下運(yùn)動(dòng)，物體所受的合力不是F，若物體放在傾角為θ的斜面上，恰能勻速下滑，此時(shí)再加一個(gè)沿斜面向下的拉力F，如圖乙所示，則物體受到的合力為F.,甲　　　　　　　 　　乙,如實(shí)物圖所示，在水平木板上放置一輛小車，小車的前端系上細(xì)繩，細(xì)繩的另一端跨過(guò)定滑輪并掛上質(zhì)量

6、很小的重物．小車的尾部掛上一條紙帶，紙帶穿過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器．為了消除摩擦力對(duì)小車的影響，必須將木板無(wú)滑輪的一端稍微墊高一些，用重力的分力來(lái)抵消摩擦力，直到小車不掛重物時(shí)能勻速運(yùn)動(dòng)為止．當(dāng)掛上重物時(shí)，只要重物的質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量，那么可近似認(rèn)為重物所受的重力大小等于小車所受合外力的大?。畬⑿≤噺哪骋晃恢冕尫牛≤囋诶K子的拉力作用下做勻加速直線運(yùn)動(dòng)．利用紙帶上打出的點(diǎn)便可算出小車的加速度．,● 誤差分析(1)質(zhì)量的測(cè)量誤差，紙帶上打點(diǎn)計(jì)時(shí)器

7、打點(diǎn)間隔距離的測(cè)量誤差，拉線或紙帶不與木板平行等都會(huì)造成誤差．(2)因?qū)嶒?yàn)原理不完善造成誤差：本實(shí)驗(yàn)中用小盤(pán)和砝碼的總重力代替小車受到的拉力(實(shí)際上小車受到的拉力要小于小盤(pán)和砝碼的總重力)，存在系統(tǒng)誤差．小盤(pán)和砝碼的總質(zhì)量越接近小車的質(zhì)量，誤差就越大；反之，小盤(pán)和砝碼的總質(zhì)量越小于小車的質(zhì)量，誤差就越?。?(3)平衡摩擦力不準(zhǔn)造成誤差：在平衡摩擦力時(shí)，除了不掛小盤(pán)外，其他的都跟正式實(shí)驗(yàn)一樣(比如要掛好紙帶、接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器)，勻速運(yùn)動(dòng)的

8、標(biāo)志是打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的紙帶上各點(diǎn)的距離相等．(4)提高測(cè)量精度．①應(yīng)舍掉紙帶上開(kāi)頭比較密集的點(diǎn)，在后邊便于測(cè)量的地方找一個(gè)起點(diǎn)．②可以把每打五次點(diǎn)的時(shí)間作為時(shí)間單位，即從開(kāi)始點(diǎn)起，每隔四個(gè)點(diǎn)標(biāo)出一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，則相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔為T＝0.1 s.,(1)根據(jù)表中數(shù)據(jù)，畫(huà)出a－F圖象．(2)從圖象可以判定：當(dāng)m一定時(shí)，a與F成________關(guān)系．,【解析】　若a與F成正比，則圖象是一條過(guò)原點(diǎn)的直線．同時(shí)因?qū)嶒?yàn)中不可避免也出現(xiàn)誤

9、差，研究誤差產(chǎn)生的原因，從而減小誤差增大實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性，則在誤差范圍內(nèi)圖象是一條過(guò)原點(diǎn)的直線即可．連線時(shí)應(yīng)使直線過(guò)盡可能多的點(diǎn)，不在直線上的點(diǎn)應(yīng)大致對(duì)稱的分布在直線兩側(cè)，離直線較遠(yuǎn)的點(diǎn)應(yīng)視為錯(cuò)誤數(shù)據(jù)，不予考慮．,【答案】　(1)a－F圖象如下圖所示．　(2)正比,【評(píng)析】　由已知數(shù)據(jù)畫(huà)出圖象，從而得出結(jié)論是物理學(xué)中一種常用的重要方法．,若測(cè)得某一物體受力F一定時(shí)，a與m關(guān)系的數(shù)據(jù)如下表所示．,A．沒(méi)有平衡摩擦力，且小車質(zhì)量較大B．平衡摩

10、擦力時(shí)，所墊木塊太高，且砂和小桶的質(zhì)量較大C．平衡摩擦力時(shí)，所墊木塊太低，且砂和小桶的質(zhì)量較大D．平衡摩擦力時(shí)，所墊木塊太高，且小車質(zhì)量較大,【指點(diǎn)迷津】　本實(shí)驗(yàn)中將砂與砂桶的重力做為繩對(duì)小車的拉力有兩個(gè)條件：一是必須平衡好摩擦力，二是小車質(zhì)量應(yīng)遠(yuǎn)大于砂和砂桶的總質(zhì)量．,【解析】　設(shè)圖線在F軸上的截距為F0，則當(dāng)0＜F≤F0時(shí)，a＝0，說(shuō)明摩擦力為f＝F0，沒(méi)有完全平衡摩擦力．當(dāng)達(dá)到一定程度后．小車質(zhì)量不變，而砂和砂桶質(zhì)量增大，故不

11、再滿足小車質(zhì)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于砂和砂桶總質(zhì)量的條件，誤差變大．正確理解圖象含義是解題的關(guān)鍵．求解時(shí)，應(yīng)從實(shí)驗(yàn)原理和讀懂圖象入手．【答案】　C,我們通過(guò)猜想、假設(shè)、分析得出物體的加速度與物體受到的合外力以及物體的質(zhì)量有關(guān)，那我們?nèi)绾窝芯咳咧g的關(guān)系呢？我們就控制其中一個(gè)物理量保持不變而研究另外兩個(gè)量之間的關(guān)系．再綜合得出三者之間的關(guān)系，研究加速度與物體受到的合外力間的關(guān)系時(shí)，保持物體的質(zhì)量不變；研究加速度與物體的質(zhì)量間的關(guān)系時(shí)，保持物體受到的

12、合外力不變．從而使我們的實(shí)驗(yàn)過(guò)程變得簡(jiǎn)單、清晰、便于操作，并且能夠通過(guò)對(duì)兩次實(shí)驗(yàn)的分析、綜合，得出三者之間的關(guān)系．,某研究性學(xué)習(xí)小組欲探究光滑斜面上物體下滑的加速度與物體質(zhì)量及斜面傾角是否有關(guān)系．實(shí)驗(yàn)室提供如下器材：A．表面光滑的長(zhǎng)木板(長(zhǎng)度L)B．小車；C．質(zhì)量為m的鉤碼若干個(gè)；D．方木塊(備用于墊木板)E．米尺；F．秒表．,(1)實(shí)驗(yàn)過(guò)程：第一步，在保持斜面傾角不變時(shí)，探究加速度與質(zhì)量的關(guān)系．實(shí)驗(yàn)中，通過(guò)向小車放入鉤

13、碼來(lái)改變物體質(zhì)量，只要測(cè)出小車由斜面頂端滑至底端用時(shí)t，就可以由公式a＝________求出a，某同學(xué)記錄了數(shù)據(jù)如下表所示：根據(jù)以上信息，我們發(fā)現(xiàn)，在實(shí)驗(yàn)誤差范圍內(nèi)質(zhì)量改變之后平均下滑時(shí)間________(填“改變”或“不改變”)，經(jīng)過(guò)分析得出加速度和質(zhì)量的關(guān)系為_(kāi)_______．,第二步，在物體質(zhì)量不變時(shí)，探究加速度與傾角的關(guān)系．實(shí)驗(yàn)中通過(guò)改變方木塊墊放位置來(lái)調(diào)整長(zhǎng)木板傾角，由于沒(méi)有量角器，因此通過(guò)測(cè)出木板頂端到水平面高度h，求出傾

14、角α的正弦值sin α＝h/L.某同學(xué)記錄了高度h和加速度a的對(duì)應(yīng)值如下表：,分析可知，光滑斜面上物體下滑的加速度與傾角的關(guān)系為_(kāi)_______________________________________________________________________．(2)該探究小組所采用的探究方法是________．【答案】　(1)2L/t2；不改變；無(wú)關(guān)；a＝gsin α；(2)控制變量法．,1．在“探究加速度與力、質(zhì)量的

15、關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)中，下列說(shuō)法中正確的是(　　)A．平衡摩擦力時(shí)，小桶應(yīng)用細(xì)線通過(guò)定滑輪系在小車上，但小桶內(nèi)不能裝砂B．實(shí)驗(yàn)中無(wú)需始終保持小車和砝碼的質(zhì)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于砂和小桶的質(zhì)量C．實(shí)驗(yàn)中如用縱坐標(biāo)表示加速度，用橫坐標(biāo)表示小車和車內(nèi)砝碼的總質(zhì)量，描出相應(yīng)的點(diǎn)在一條直線上時(shí)，即可證明加速度與質(zhì)量成反比D．平衡摩擦力時(shí)，小車后面的紙帶必須連好，因?yàn)檫\(yùn)動(dòng)過(guò)程中紙帶也要受阻力,【解析】　平衡摩擦力時(shí)，不應(yīng)掛小桶，但應(yīng)帶紙帶運(yùn)動(dòng)，所以A錯(cuò)，D對(duì)；

16、實(shí)驗(yàn)中要求始終保持小車和砝碼的質(zhì)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于砂和小桶的質(zhì)量，所以B也不正確；實(shí)驗(yàn)中如用縱坐標(biāo)表示加速度，用橫坐標(biāo)表示小車和車內(nèi)砝碼的總質(zhì)量的倒數(shù)，描出相應(yīng)的點(diǎn)在過(guò)原點(diǎn)的同一條直線上時(shí)，證明加速度與質(zhì)量成反比，故C項(xiàng)錯(cuò)誤．【答案】　D,2．用斜面、小車、砂桶、砝碼、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器做“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)中，得到如圖所示的紙帶，相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔為T，且s1、s2、s3、……、s6已測(cè)量出．,(1)請(qǐng)寫(xiě)出計(jì)算加速度的表達(dá)式．

17、(2)如圖(a)所示，為甲同學(xué)根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)畫(huà)出的a－F圖象，則甲在實(shí)驗(yàn)中存在的問(wèn)題是________．(3)乙、丙同學(xué)用同一裝置實(shí)驗(yàn)，畫(huà)出了各自得到的a－F圖象如圖(b)所示，說(shuō)明兩個(gè)同學(xué)做實(shí)驗(yàn)時(shí)的哪一個(gè)物理量取值不同？并比較其大小．,【答案】　見(jiàn)解析,3．下表是某同學(xué)在做“當(dāng)外力一定時(shí)加速度與質(zhì)量的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)時(shí)得到的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，請(qǐng)用圖象處理這些數(shù)據(jù)，并由此說(shuō)明加速度與質(zhì)量的關(guān)系.,【答案】　圖見(jiàn)解析　加速度與質(zhì)量成反比,4．一組同學(xué)研

18、究“運(yùn)動(dòng)物體所受空氣阻力與其運(yùn)動(dòng)速度關(guān)系”的探究過(guò)程如下：A．有同學(xué)認(rèn)為：運(yùn)動(dòng)物體所受空氣阻力可能與其運(yùn)動(dòng)速度有關(guān)B．他們計(jì)劃利用一些“小紙杯”作為研究對(duì)象，用超聲波測(cè)距儀器測(cè)量“小紙杯”在空中直線下落的下落距離、速度隨時(shí)間變化的規(guī)律，以驗(yàn)證假設(shè),C．在相同的實(shí)驗(yàn)條件下，同學(xué)們首先測(cè)量了單只“小紙杯”在空中下落過(guò)程中不同時(shí)刻的下落距離，將數(shù)據(jù)填入下表中，圖(a)是對(duì)應(yīng)的位移—時(shí)間圖線．然后將不同數(shù)量的“小紙杯”疊放在一起從空中下落，

19、分別測(cè)出它們的速度—時(shí)間圖線，如圖(b)中圖線1、2、3、4、5所示D．同學(xué)們對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、歸納后，證實(shí)了他們的假設(shè),回答下列提問(wèn)：(1)圖(a)中的AB段反映了運(yùn)動(dòng)物體在做________運(yùn)動(dòng)，表中X處的值為_(kāi)_______．(2)圖(b)中各條圖線具有共同特點(diǎn)：“小紙杯”在下落開(kāi)始階段做________運(yùn)動(dòng)，最后“小紙杯”做________運(yùn)動(dòng)．(3)比較圖(b)中的1和5圖線，指出在1.0～1.5 s時(shí)間段內(nèi)，速度隨

20、時(shí)間變化關(guān)系的差異：________.,【解析】　(1)AB段為直線，位移與時(shí)間成正比，物體做勻速直線運(yùn)動(dòng)，從圖中得出X的值為1.937 m.(2)由圖線的變化情況知：開(kāi)始物體做加速度逐漸減小的加速運(yùn)動(dòng)，最后做勻速運(yùn)動(dòng)．,(3)由圖線1變化情況知，在1.0～1.5 s時(shí)間段內(nèi)速度不隨時(shí)間變化，由圖線5變化情況知，在1.0～1.5 s時(shí)間段內(nèi)速度隨時(shí)間繼續(xù)增大(或由圖線1變化情況可知，紙杯在1.0～1.5 s時(shí)間段內(nèi)做勻速運(yùn)動(dòng)，由圖線5