高一物理课件（广东专用）：4.2、3《影响加速度的因素 探究加速度与力、质量的定量关系》（粤教必修一）

欢迎进入物理课堂 1 分析教材P81图4 2 1 图4 2 2能得到什么结论 提示 影响物体运动加速度的因素 物体所受的合外力 包括大小和方向 物体的质量 2 分析P81实验与探究 加速度与什么因素有关的定性结论是什么 所用科学方法是什么 提示 所用科学方法叫控制变量法 实验结论是在保持质量不变的情况下 合外力越大 加速度越大 在保持合外力不变的情况下 质量越大 加速度越小 3 试分析以下实例比较合外力方向与加速度方向的关系 总结结论 1 自由下落的苹果 2 机车的加速启动 3 在草坪上减速运动的足球提示 加速度与合外力同时存在 同时消失 加速度方向与合外力方向始终一致 控制变量法 1 控制变量法是物理学上常用的研究方法 在研究三个物理量之间的关系时 先让其中一个物理量保持不变 研究另外两个物理量之间的关系 最后总结三个量之间的关系 2 我们在研究加速度与物体所受合外力 物体质量之间的关系时就采用控制变量法 可以通过猜想 假设 分析得出物体加速度与所受合外力及物体的质量有关 采用控制变量法分析相关物理量之间的关系时 实验变得简单 清晰 便于操作 影响加速度的因素1 影响因素 1 物体所受的合外力 2 物体的质量 2 加速度与合外力的关系在物体质量一定时 合外力越大 加速度越大 反之亦然 3 加速度与质量的关系在物体所受合外力一定时 质量越大 加速度越小 4 加速度的方向 与合外力方向始终一致 且有同时性 典例1关于物体的运动状态和所受合外力的关系 下列说法中正确的是 A 物体所受的合外力为零时 物体一定处于静止状态B 有合外力作用时 物体的运动状态不一定会改变C 物体所受的合外力不为零时 物体就一定有加速度D 物体的运动方向一定与它们所受的合外力的方向相同 解答本题应明确以下三点 1 合外力为零的状态静止或匀速 2 加速度与合外力的定性关系 3 物体运动方向与合外力方向无关 规范解答 选C 由运动与力的关系知 物体受合外力为零 则物体的加速度为零 所以物体速度不变 处于静止或匀速直线运动状态 A不正确 有合外力作用时 物体有加速度 运动状态一定改变 B不正确 C正确 物体的运动方向和合外力方向无关 二者方向不一定相同 D不正确 变式备选 双选 关于影响加速度的因素的探究 下列说法正确的是 A 物体的质量越大 所受合外力越大 它的加速度越大B 同一物体的运动速率越大 受到的力越大 加速度也越大C 加速度的方向总是与合外力的方向一致D 加速度与合外力的关系有瞬时性 解析 选C D 物体的质量越大 合外力越大 它的加速度不一定大 故A错 物体的运动速率与加速度大小无关 故B错 加速度与合外力有瞬时性 两者方向总一致 故C D正确 1 在探究加速度与力 质量的定量关系的实验中 为什么可用相同时间内的位移之比表示加速度之比 提示 在本探究实验中 小车做初速度为0的匀加速直线运动 由匀加速直线运动的位移公式s v0t at2 式中v0 0 运动时间t相等 故有a s 即可用两车的位移之比表示加速度之比 2 为什么要平衡摩擦力 提示 若物体放在斜面上 恰能匀速下滑 物体所受合力为零 若此时再加一个沿斜面向下的拉力F 如图所示 力F就是物体受到的合力 3 试讨论分析 为什么本实验在处理实验数据时画的是a 1 M图象而不是画a M图象 提示 本实验若画a M图象 可以得到一条类似于双曲线的曲线 给我们暗示了a M之间可能存在反比关系 但这样的判断并不够准确 因为直线最直观 所以此时 我们必须想办法把曲线转换成直线 也就是作出a 1 M图象 再进行分析 4 试总结 怎样由实验结果得出结论 提示 由实验图象可知 在M一定时 是一条过坐标原点的倾斜直线 物体的加速度跟作用力成正比 即a F 在F一定时 a 图象是过原点的倾斜直线 物体的加速度跟质量成反比 误差分析1 小车质量M应比砝码及盘的质量m大得多 其原理将在后面的习题课中专门讨论 二者差距越小 图象线性越差 2 两个图象的分析如出现图中 的直线 说明平衡摩擦力时 平衡过大了 即拉力F 0时 已产生加速度 其加速度是由多余重力的分力形成的 图中 的直线 说明平衡摩擦力不够或根本没有平衡摩擦力 因为拉力为F0时才产生加速度 典例2 双选 在 探究加速度与力 质量的关系 的实验中 研究作用力一定时加速度与质量的关系时 下列说法中错误的是 A 平衡摩擦力时 应将装砂的小桶用细绳通过定滑轮系在小车上B 每次改变小车质量时 不需要重新平衡摩擦力C 实验时 先放开小车 再接通打点计时器的电源D 在小车中增减砝码 应使小车和砝码的质量远大于砂和小桶的总质量 解答本题应注意以下三点 1 实验条件 2 平衡摩擦力的目的和做法 3 打点计时器的规范操作 规范解答 选A C 平衡摩擦力时不应挂砂桶 只需将小车放在长木板上连接纸带 使长木板的一端垫高 当小车刚好能匀速运动时 即平衡了摩擦力 A选项错误 当改变小车质量时 沿斜面向下的分力 摩擦力都跟质量成正比地改变 一次平衡后 就不用再平衡了 B选项正确 实验时应先接通电源 让打点计时器正常工作 再放开小车 才能打出完整的纸带 C选项错误 在小车中增减砝码时 必须保证小车和砝码的质量远大于小桶和砂的总质量 才能使小车受到的牵引力近似等于砂和桶的重力 因此D选项正确 变式备选 某同学做 探究加速度与力 质量的关系 的实验时画出了如图所示的三条图线 这三条图线表示实验中 不同 解析 如图所示过F轴上的某一点作一条平行于a轴的直线 与三条图线有三个交点 可以看出三个交点对应的坐标a的值不同 a的值越小 表明相同的外力作用下 物体的加速度越小 运动状态越难改变 惯性越大 质量也就越大 可见三条图线对应实验中斜率越小的质量越大 答案 小车的质量 典例3在做 探究加速度与力 质量的关系 的实验时 计算出各纸带的加速度后 将测得的反映加速度a和力F关系的有关数据记录在表一中 将测得的反映加速度a和质量M关系的有关数据记录在表二中 1 作出a F图象与a 图象 2 由图象可得出什么结论 3 由a F图象可得出物体的质量为多少 4 由a 图象可得出物体受的拉力为多大 思路点拨 解答本题应注意以下三点 1 画图时的注意事项 2 了解化曲为直的思想 3 能够知道图象的物理意义 规范解答 1 作出a F图象与a 图象如图甲 乙所示 2 由图象甲可以得出 a与F成正比 由图象乙可以得出 a与M成反比 3 a F图象的斜率k 则M 0 5kg 4 a 图象的斜率k F 答案 见规范解答 1 探究加速度与力 质量的关系实验中 物体受到的合外力不变 得出a 图象是一条过原点的直线 说明了 A 物体的加速度与物体的质量成正比B 物体的加速度与物体的质量成反比C 物体的加速度与物体的速度成正比D 物体的加速度与物体的速度成反比 解析 选B a 图象是一条过原点的直线 说明了物体的加速度与物体的质量成反比 所以B选项正确 物体的加速度与物体的速度没有直接关系 加速度的大小等于速度的变化率 所以C D选项都错 2 2011 虹口区高一检测 双选 在做 探究加速度与力 质量的关系 的实验时 下列说法中正确的是 A 平衡摩擦力时 应将砝码盘及盘内砝码通过定滑轮拴在小车上B 连接砝码盘和小车的细绳应跟长木板保持平行C 平衡摩擦力后 长木板的位置不能移动D 小车释放前应靠近打点计时器 且应先释放小车再接通电源 解析 选B C 本题考查实验过程中应注意的事项 选项A中平衡摩擦力时 不能将砝码盘及盘内砝码 或小桶 拴在小车上 使小车受到拉力 A错 选项B C符合正确的操作方法 D应先接电源再释放小车 故D错 3 2011 衡水高一检测 如图所示 在探究加速度与力 质量的关系实验中 若1 2两个相同的小车所受拉力分别为F1 F2 车中所放砝码的质量分别为m1 m2 打开夹子后经过相同的时间两车的位移分别为s1 s2 则在实验误差允许的范围内 有 A 当m1 m2 F1 2F2时 s1 2s2B 当m1 m2 F1 2F2时 s2 2s1C 当m1 2m2时 s1 2s2D 当m1 2m2 F1 F2时 s2 2s1 解析 选A 题中m1和m2是车中砝码的质量 不能认为是小车的质量 本题中只说明了两小车是相同的 并没有告诉小车的质量是多少 当m1 m2时 两车加砝码后质量仍相等 若F1 2F2 则a1 2a2 由s at2得s1 2s2 A对 若m1 2m2时 无法确定两车加砝码后的质量关系 两小车的加速度关系也就不明确 自然无法判定两车的位移关系 4 如图所示 是四位同学在做 探究加速度与力 质量的关系 的实验时作的a F图象 其中正确的图象为 解析 选A 加速度与作用力成正比 a F图象的图线应该是一条倾斜的直线 不是曲线或者折线 B C错 由于实验中存在误差 不在直线上的点要均匀分布在直线的两侧 不能把线画得太粗 掩盖误差的存在 D错 本题选A 5 2011 潍坊高一检测 为了探究加速度与力的关系 使用如图所示的气垫导轨装置进行实验 其中G1 G2为两个光电门 它们与数字计时器相连 当滑行器通过G1 G2光电门时 光束被遮挡的时间 t1 t2都可以被测量并记录 滑行器连同上面固定的一条形挡光片的总质量为M 挡光片宽度为D 光电门间距离为x 牵引砝码的质量为m 回答下列问题 1 实验开始应先调节气垫导轨下面的螺钉 使气垫导轨水平 在不增加其他仪器的情况下 如何判定调节是否到位 答 2 若取M 0 4kg 改变m的值 进行多次实验 以下m的取值不合适的一个是 A m1 5gB m2 15gC m3 40gD m4 400g 3 在此实验中 需要测得每一个牵引力对应的加速度 其中求加速度的表达式为 用 t1 t2 D s表示 解析 1 如果气垫导轨水平 则不挂砝码时 M应能在任意位置静止不动 或推动M后能使M匀速运动 2 应满足M m 故m4 400g不合适 3 由v1 v2 v22 v12 2as 可得 a 答案 1 取下牵引砝码 M放在任意位置都不动 或取下牵引砝码 轻推滑行器M 数字计时器记录每一个光电门的光束被挡的时间 t都相等 2 D 3 a 一 选择题 本题共5小题 每小题5分 共25分 1 在 探究加速度与力 质量的关系 的实验中 当作用力一定时 悬挂的钩码或沙桶的重力不变 探究加速度与质量的关系时 以下说法中正确的是 A 平衡摩擦力是为了平衡掉细绳的拉力B 每次改变小车质量时 需要重新平衡摩擦力C 实验时应先接通打点计时器的电源 再放开小车D 小车运动的加速度可用天平测出小车的质量M和沙及沙桶的质量m 直接用公式a mg M求出 解析 选C 在平衡摩擦力时 小桶对小车的拉力是施加的外力 不能被平衡掉 而是应平衡掉在不挂沙桶时 小车带着纸带运动时所受的摩擦力 故A项错误 平衡摩擦力是指小车所受的重力沿斜面的分力与小车所受阻力 包括小车所受摩擦力和打点计时器对小车后面所拖纸带的摩擦力 大小相等 即mgsin mgcos 等式两边m可消去 说明与小车质量变化无关 B项错 实验操作时应先接通打点计时器的电源 再放开小车 所以C项正确 本实验要达到的目的是探究牛顿第二定律 不能把它作为理论根据来计算加速度 其加速度只能从纸带提供的数据计算得出 故D项错误 2 2011 厦门高一检测 在探究加速度与力 质量的关系的实验中 下列做法或者理由正确的是 A 实验中为了保证安全 应该选用低压直流电源B 可以将装有沙子的小桶用钩码代替 这样会使实验更加方便C 实验结果不用a M图象 而用a 1 M图象 是为了便于根据图象直观地进行判断D 平衡摩擦力 的本质就是让小车受到的摩擦力为零 解析 选C 打点计时器需要的是低压交流电源 A错误 如果用钩码代替装有沙子的小桶进行实验 不利于调节拉力的大小 B错误 实验中处理图象 一般都是尽量 化曲为直 这样更容易判断问题 C正确 小车运动过程中受的阻力是永远存在的 无法使之为零 故D项错误 规律方法 探究 加速度与力 质量的关系 实验中的 五点注意 1 平衡摩擦力时不要挂重物 平衡摩擦力后 都不需要再重新平衡摩擦力 2 平衡摩擦力后 每条纸带必须满足在小车和小车上所加砝码的总质量远大于砝码和小盘的总质量的条件下进行 3 每次实验开始时 小车尽量靠近打点计时器 先接通电源 再释放小车 4 各纸带上的加速度a 应是平均加速度 5 作图象时 要使尽可能多的点在直线上 不在直线上的点均匀地分布在直线两侧 离直线远的点舍掉 3 双选 关于加速度和力的关系 下列说法正确的是 A 只有物体受到的合外力不为零 物体才具有加速度B 合外力恒定不变 加速度始终为零C 合外力随着时间改变 加速度也随着时间改变D 合外力停止作用 加速度并不随即消失 解析 选A C 只有合外力不为零 物体才有加速度 由探究结论知 当质量一定时 合外力越大 加速度越大 且加速度与合外力有瞬时关系 故A C正确 B D错误 4 双选 如图是某些同学根据实验数据画出的图象 下列说法中正确的是 A 形成图 甲 的原因是平衡摩擦力时长木板倾角过大B 形成图 乙 的原因是平衡摩擦力时长木板倾角过小C 形成图 丙 的原因是平衡摩擦力时长木板倾角过大D 形成图 丁 的原因是平衡摩擦力时长木板倾角过小 解析 选A D 题中 甲 图当F 0时 小车就有了加速度 可见是长木板倾角过大 乙 图 0时 小车质量很大 这时一开始小车的加速度不为零 说明使小车下滑的力已大于最大静摩擦力 也是长木板倾角过大 同理 丙 丁 都是长木板倾角过小 5 2011 无锡高一检测 下列关于力和运动的关系的说法中 正确的是 A 没有外力作用时 物体不会运动 这是牛顿第一定律的体现B 物体受力越大 运动得越快 这是符合牛顿第二定律的C 物体所受合外力为零 则速度一定为零 物体所受合外力不为零 则速度也一定不为零D 物体所受的合外力最大时 速度却可以为零 物体所受的合外力最小时 速度却可以最大 解析 选D 运动不需要力来维持 物体不受力时 可以做匀速运动 A不正确 物体受力大 加速度大 速度变化快 但速度不一定大 B不正确 力的大小与速度大小之间没有直接联系 C不正确 D正确 二 非选择题 本题共3小题 共25分 要有必要的文字叙述 6 6分 在 探究加速度与力 质量的关系 的实验中 备有下列器材 A 电火花计时器 B 天平 C 秒表 D 交流电源 E 电池 F 纸带 G 细绳 砝码 滑块 可放在气垫导轨上 H 气垫导轨 一端带定滑轮 I 毫米刻度尺 J 小型气泵 1 实验中应选用的器材有 实验的研究对象是 2 本实验分两大步骤进行 解析 做本实验时 在m一定时 根据不同力作用下打出的纸带 求出加速度 F一定时 根据不同质量条件下打出的纸带 求出加速度 只要明确电火花计时器及气垫导轨的工作条件 则不难将器材选出 答案 1 A B D F G H I J放在气垫导轨上的滑块 2 见解析 7 8分 用斜面 小车 砂桶 砝码等器材做 探究加速度与力 质量的关系 实验 如图是实验中一条打点的纸带 相邻计数点的时间间隔为T 且间距s1 s2 s3 s6已量出 1 请写出三个不同的计算加速度的表达式 2 如图 a 甲同学根据测量数据画出a F图线 表明实验的问题是 3 乙 丙同学用同一装置实验 在同一个坐标系中 画出了各自得到的a F图线如图 b 所示 说明两个同学做实验时的哪一个物理量取值不同 并比较其大小 解析 1 a s2 s1 T2 a s4 s1 3T2 a s6 s5 s4 s3 s2 s1 9T2 2 没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不够 3 两小车及车上砝码的质量不同 且M乙 M丙 答案 见解析 8 2010 江苏高考 11分 为了探究受到空气阻力时 物体运动速度随时间的变化规律 某同学采用了 加速度与物体质量 物体受力关系 的实验装置 如图所示 实验时 平衡小车与木板之间的摩擦力后 在小车上安装一薄板 以增大空气对小车运动的阻力 1 往砝码盘中加入一小砝码 在释放小车 选填 之前 或 之后 接通打点计时器的电源 在纸带上打出一系列的点 2 从纸带上选取若干计数点进行测量 得出各计数点的时间t与速度v的数据如表 请根据实验数据作出小车的v t图象 3 通过对实验结果的分析 该同学认为 随着运动速度的增加 小车所受的空气阻力将变大 你是否同意他的观点 请根据v t图象简要阐述理由 解析 1 操作过程先接通电源再释放小车 2 描点后用平滑的曲线连线 如图 3 同意 在v t图象中 速度越大时加速度越小 小车受到的合力越小 则小车受空气阻力越大 答案 1 之前 2 见解析 3 同意 在v t图象中 速度越大时加速度越小 小车受到的合力越小 则小车所受空气阻力越大 同学们 来学校和回家的路上要注意安全 同学们 来学校和回家的路上要注意安全