必修 第一册第四章 牛顿运动定律第二节 加速度与力、质量之间的关系课文配套课件ppt

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课后素养落实(十六)　加速度与力、质量之间的关系(建议用时：40分钟)1．利用如图所示的装置探究加速度与力、质量的关系，得到质量相等的两辆小车的实验数据如下表所示：小车编号F/Ns/cm10.15020.299.5(1)从以上两组数据中可以得出加速度a1与a2之比为多少？(2)从实验的结果得出什么结论？[解析]　由＝可得≈，由表中数据可得＝，由此可知物体受到的合外力越大，加速度越大．[答案]　(1)　(2)当物体的质量保持不变时，物体受到的合外力越大，产生的加速度越大．2．一同学在“探究加速度与质量的关系”实验中保持拉力不变，得到了小车加速度随质量变化的一组数据，如下表所示． 实验序号加速度a/(m·s－2)小车与砝码总质量m/kg小车与砝码总质量的倒数m－1/kg－110.290.205.020.250.254.030.220.303.340.180.352.950.160.402.5(1)请你在如图所示的方格纸中建立合适的坐标，并画出能直观反映出加速度与质量关系的图线．(2)由图线可知F一定时，a与m成________关系．[解析]　由数据猜测a与成正比关系，建立a­坐标进行描点连线．由图线可知a­图线为过原点的直线，故F一定时，a与成正比，即a与m成反比关系．[答案]　 (1)见解析图　(2)反比3．在研究作用力F一定时，小车的加速度a与小车(含砝码)质量M的关系时，某同学设计的实验步骤如下：A．用天平称出小车和所挂槽码的质量B．按图装好实验器材C．把轻绳系在小车上并绕过定滑轮悬挂槽码D．将电磁打点计时器接在6 V电压的蓄电池上，接通电源，释放小车，打点计时器在纸带上打下一系列点，并在纸带上标明小车质量E．保持所挂槽码的质量不变，增加小车上的砝码个数，并记录每次增加后的M值，重复上述实验F．分析每条纸带，测量并计算出加速度的值G．作a­M关系图像，并由图像确定a与M的关系(1)该同学漏掉的重要实验步骤是____________，该步骤应排在步骤________之后．(2)在上述步骤中，有错误的是步骤________，应把______________改为______________．(3)在上述步骤中，处理不恰当的是步骤________，应把________改为________．(4)仔细观察该同学安装的实验装置图，请改正以下三个实验器材的位置错误．①电磁打点计时器的位置________；②小车位置__________________；③滑轮位置____________________________．[解析]　(1)实验中把所挂槽码的重力之和看成与小车所受拉力大小相等，没有考虑摩擦力，故必须平衡摩擦力且应排在步骤B之后．(2)电磁打点计时器接在6 V电压的蓄电池上将无法工作，必须接在4～6 V交流电源上．(3)作a­M关系图像，得到的是曲线，很难进行正确的判断，必须“化曲为直”，改作a­关系图像．(4)①电磁打点计时器应靠右端安装，留出小车的运动空间；②释放小车时，小车应靠近打点计时器；③连接小车的细绳应平行于木板，故应调节滑轮位置使细绳平行于木板．[答案]　(1)平衡摩擦力　B　(2)D　6 V电压的蓄电池　4～6 V的交流电源　(3)G　a­M图像　a­图像　(4)①应靠右端　②应靠近打点计时器　③使细绳平行于木板时滑轮所处位置4．在“探究加速度与力、质量的关系”实验中，某同学使用了如图所示的装置，打点计时器的打点频率为50 Hz．(1)该同学得到一条纸带，在纸带上取连续的六个计时点，如图所示，相邻两点间的距离分别为10.0 mm、12.0 mm、14.0 mm、16.0 mm、18.0 mm，则打E点时小车的速度为________m/s，打A、F两点的过程中小车的平均速度为________m/s，小车的加速度为________m/s2．(2)该同学要探究小车的加速度a和质量M的关系，应该保持拉力不变，得到多组数据后他应描绘的图像是________(选填“a­M”或“a­”)图像．(3)该同学通过对数据的处理作出了a­F图像如图所示，则①图中的直线不过原点的原因是____________________________________．②此图中直线发生弯曲的原因是____________________________________．[解析]　(1)E点瞬时速度vE＝＝0.85 m/s；A、F两点的过程中小车的平均速度 AF＝＝0.7 m/s；由Δx＝aT2可得a＝＝5 m/s2．(2)在拉力一定时，a与M成反比，故得到多组数据后他应描绘的图像是a­；(3)①由图像可知，当拉力为0时小车的加速度大于0，故直线不过原点的原因是平衡摩擦力时角度过大；②要使绳子所挂沙和沙桶的重力的大小作为细绳对小车拉力的大小，必须使m≤M，否则将会出现较大误差．[答案]　(1)0.85　0.7　5　(2)a­(3)①平衡摩擦力过度　②不满足小车的质量远远大于沙和沙桶的质量5．在“探究加速度和力、质量的关系”实验中，采用如图所示的装置图进行实验：(1)实验中，需要在木板的右端垫上一个小木块，其目的是___________．(2)实验中，已经测出小车的质量为M，砝码(包括砝码盘)的总质量为m，若要将砝码(包括砝码盘)的总重力大小作为小车所受拉力F的大小，这样做的前提条件是___________________________________．(3)在实验操作中，下列说法正确的是(　　)A．求小车运动的加速度时，可用天平测出砝码盘和砝码的总质量m，以及小车质量M，直接利用公式a＝g求出B．实验时，应先接通打点计时器的电源，再放开小车C．每改变一次小车的质量，都需要改变垫入的小木块的厚度D．先保持小车质量不变，研究加速度与力的关系；再保持小车受力不变，研究加速度与质量的关系，最后归纳出加速度与力、质量的关系[解析]　(1)本实验木板表面不可能光滑，摩擦力会影响实验结果，所以要平衡摩擦力．(2)根据牛顿第二定律得，mg＝(M＋m)a，解得a＝，则绳子的拉力F＝Ma＝＝，可知当砝码(包括砝码盘)的总质量m远小于小车质量M时，小车所受的拉力等于砝码(包括砝码盘)的总重力，所以应满足的条件是砝码(包括砝码盘)的总质量远小于小车的质量．(3)本实验的目的是：探究加速度和力、质量的关系，所以不能把牛顿第二定律当成已知的公式来使用，故A错误；使用打点计时器时，应该先接通电源，后释放纸带，故B正确；平衡摩擦力后μ＝tan θ与重物的质量无关，所以不用再次平衡摩擦力，故C错误；本实验采用控制变量法，故D正确．[答案]　(1)平衡摩擦力　(2)m≤M　(3)BD6．某同学利用图甲所示实验装置及数字化信息系统获得了小车加速度a与钩码的质量m的对应关系图，如图乙所示．实验中小车(含发射器)的质量为200 g，实验时选择了不可伸长的轻质细绳和轻定滑轮，小车的加速度由位移传感器及与之相连的计算机得到．回答下列问题：图甲图乙(1)根据该同学的结果，小车的加速度与钩码的质量成________(选填“线性”或“非线性”)关系．(2)由图乙可知，a­m图线不经过原点，可能的原因是_________________．(3)若利用本实验装置来验证“在小车质量不变的情况下，小车的加速度与作用力成正比”的结论，并直接以钩码所受重力mg作为小车受到的合外力，则实验中应采取的改进措施是________________________________________，钩码的质量应满足的条件是________________________________________．[解析]　这是探究小车加速度与钩码质量的关系，所以该实验必须平衡摩擦力，并且要保证钩码的质量远小于小车的质量．(1)由图像可知小车的加速度与钩码的质量成非线性关系．(2)a­m图线不经过原点，在m轴上有截距，即挂上小钩码后小车加速度仍为零，可能的原因是未平衡摩擦力或平衡摩擦力不足．(3)本实验直接以钩码所受重力mg作为小车受到的合外力，则应采取的措施是调节轨道的倾斜度以平衡摩擦力，钩码的质量应满足的条件是远小于小车的质量．[答案]　(1)非线性　(2)未平衡摩擦力或平衡摩擦力不足　(3)调节轨道的倾斜度以平衡摩擦力　远小于小车的质量7．某物理课外小组利用图甲中的装置探究物体加速度与其所受合外力之间的关系．图中，置于实验台上的长木板水平放置，其右端固定一轻滑轮；轻绳跨过滑轮，一端与放在木板上的小滑车相连，另一端可悬挂钩码．本实验中可用的钩码共有N＝5个，每个质量均为0.010 kg．实验步骤如下：图甲 (1)将5个钩码全部放入小车中，在长木板左下方垫上适当厚度的小物块，使小车(和钩码)可以在木板上匀速下滑．(2)将n(依次取n＝1,2,3,4,5)个钩码挂在轻绳右端，其余(N－n)个钩码仍留在小车内；用手按住小车并使轻绳与木板平行．释放小车，同时用传感器记录小车在时刻t相对于其起始位置的位移s，绘制s ­ t图像，经数据处理后可得到相应的加速度a．(3)对应于不同的n的a值见下表．n＝2时的s ­ t图像如图乙所示；由图乙求出此时小车的加速度(保留2位有效数字)，将结果填入下表．n12345a/(m·s－2)0.20 0.580.781.00图乙(4)利用表中的数据在图丙中补齐数据点，并作出a­n图线．从图线可以看出：当物体质量一定时，物体的加速度与其所受的合外力成正比．图丙(5)若以“保持木板水平”来代替步骤(1)，下列说法正确的是________(填入正确选项前的标号)．A．a­n图线不再是直线B．a­n图线仍是直线，但该直线不过原点C．a­n图线仍是直线，但该直线的斜率变大[解析]　(3)根据题图(b)可知，当t＝2.00 s时，位移s＝0.78 m，由s＝at2，得加速度a＝＝0.39 m/s2．(4)图线如图所示．(5)对于已平衡摩擦力的情况，对整体应用牛顿第二定律：nmg＝(M＋Nm)a，则a＝n①；对于木板水平的情况，对整体应用牛顿第二定律：nmg－μ[m＋(N－n)m]g＝(M＋Nm)a，整理得：a＝n－μg②，比较①②可见，B、C均正确．[答案]　(3)0.39　(4)见解析图　(5)BC