高中地理 1.1 地球的宇宙環(huán)境課件 湘教版必修1 (119)

1、第第2節(jié)節(jié)牛頓第二定律牛頓第二定律第1課時實驗:探究加速度與力、質(zhì)量的關系填一填一、實驗原理(見課本第106頁)控制變量法:1.保持物體的質(zhì)量不變,測量物體在不同外力作用下的加速度,探究加速度與外力的關系。探究的方法可以采用根據(jù)實驗數(shù)據(jù)繪制圖象的方法,也可以采用比較的方法,看不同的外力與由此產(chǎn)生的加速度的比值有何關系。2.保持物體所受的合外力相同,測量不同質(zhì)量的物體在該力作用下的加速度,探究加速度與質(zhì)量的關系。探究的方法采用根據(jù)實驗數(shù)據(jù)繪制圖象的方法。二、實驗器材(見課本第107頁)附有定滑輪的長木板、打點計時器、低壓交流電源、小車、不同質(zhì)量的重物、帶鉤細線、砝碼、紙帶、刻度尺、天平、彈簧測力

2、計、薄木板。練一練填一填三、實驗步驟(見課本第107108頁)1.用天平測出小車的質(zhì)量m0,把數(shù)據(jù)記錄下來。2.按如圖所示安裝器材。(1)平衡摩擦力:在長木板不帶定滑輪的一端下面墊上一塊薄木塊,反復移動薄木塊的位置,直至不掛重物的小車在斜面上運動時可保持勻速直線運動狀態(tài)。(2)測出重物的重力,并記錄下來。把細線系在小車上并繞過滑輪懸掛重物。練一練填一填3.接通電源,放開小車,打點計時器在紙帶上打下一系列的點,取下紙帶,在紙帶上寫上編號。4.保持小車的質(zhì)量不變,改變所掛重物的質(zhì)量,按步驟3再做幾次實驗,將實驗時記錄的數(shù)據(jù)填入表格(1)中。5.算出每條紙帶對應的加速度的值并填入表格(1)中。表格(

3、1)加速度與受力的關系練一練填一填6.保持合外力F不變,即保持所掛重物的質(zhì)量不變,在小車上增減砝碼,重復上述步驟3,將實驗時記錄的數(shù)據(jù)填入表格(2)中。7.算出每條紙帶對應的加速度的值并填入表格(2)中。表格(2)加速度與質(zhì)量的關系練一練填一填練一練用打點計時器“探究加速度與力、質(zhì)量的關系”時,需要平衡摩擦力。平衡摩擦力時,應該讓小車()A.掛上小盤,拖上紙帶,開動打點計時器B.不掛小盤,拖上紙帶,開動打點計時器C.掛上小盤,不拖紙帶D.不掛小盤,不拖紙帶解析:平衡摩擦力時,應把紙帶所受的摩擦阻力一起平衡掉,所以應讓小車拖上紙帶,且讓打點計時器處于工作狀態(tài),選項B正確。答案:B問題導引名師精講

4、典例剖析探究一探究二對實驗原理與實驗步驟的理解對實驗原理與實驗步驟的理解用如圖所示裝置探究“加速度與力、質(zhì)量的關系”的實驗中:某同學在接通電源進行實驗之前,將實驗器材組裝,如圖所示。請你指出該裝置中錯誤或不妥之處。問題導引名師精講典例剖析探究一探究二1.在本實驗中,必須平衡摩擦力。平衡摩擦力時不要掛重物。平衡摩擦力后,在后面的實驗中不管是改變砝碼盤和砝碼的質(zhì)量還是改變小車的質(zhì)量,都不需要重新平衡摩擦力。2.實驗中,必須滿足小車及小車上砝碼的總質(zhì)量遠遠大于所掛砝碼盤和盤中砝碼的質(zhì)量。只有這樣,砝碼盤和砝碼的總重力才可以視為與小車所受細線的拉力相等。3.在每次實驗時,從盡量靠近打點計時器的位置由靜

5、止釋放小車,并且先通電后釋放小車,在小車到達定滑輪位置時按住小車。4.利用紙帶計算加速度時,應該求每條紙帶上加速度的平均值。5.作圖象時,要使盡可能多的點落在所作的直線上,不在直線上的點應盡可能對稱地分布在所作直線的兩側(cè)。偏離直線較遠的點是錯誤的數(shù)據(jù),可舍去不予考慮。問題導引名師精講典例剖析探究一探究二【例題1】 導學號用如圖所示的裝置研究在作用力F一定時,小車的加速度a與小車質(zhì)量M的關系,某位同學設計的實驗步驟如下:A.用天平稱出小車和小桶及內(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;問題導引名師精講典例剖析探究一探究二D.將電磁打點計時器接在6 V電

6、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的質(zhì)量;E.保持小桶及其中砂子的質(zhì)量不變,增加小車上的砝碼個數(shù),并記錄每次增加后的M值,重復上述實驗;F.分析每條紙帶,測量并計算出加速度的值;G.作a-M關系圖象,并由圖象確定a-M關系。(1)該同學漏掉的重要實驗步驟是,該步驟應排在步驟之后。 (2)在上述步驟中,有錯誤的是,應把改為。 (3)在上述步驟中,處理不恰當?shù)氖?應把改為。 問題導引名師精講典例剖析探究一探究二解析:本題主要考查對實驗原理和實驗步驟的理解和分析,實驗中把小桶及其中砂子的重力看做與小車所受拉力大小相等,沒有考慮摩擦力,故必須平衡摩擦力

7、。電磁打點計時器接在6 V電壓的蓄電池上將無法工作,必須接在6 V以下交流學生電源上。作a-M關系圖象,得到的是雙曲線,很難作出正確的判斷,必須“化曲為直”,改作 關系圖象。答案:(1)平衡摩擦力B(2)步驟D6 V電壓的蓄電池6 V以下交流學生電源(3)步驟Ga-M問題導引名師精講典例剖析探究一探究二問題導引名師精講典例剖析探究一探究二變式訓練1在“探究加速度與力、質(zhì)量的關系”的實驗中,備有下列器材:A.電火花計時器;B.天平;C.停表;D.交流電源;E.電池;F.紙帶;G.細繩、砝碼、滑塊(可放在氣墊導軌上);H.氣墊導軌(一端帶定滑輪);I.毫米刻度尺;J.小型氣泵。 (1)實驗中應選用

8、的器材有(填序號);實驗的研究對象是。 (2)本實驗分兩大步驟進行:,。 解析:本實驗探究加速度與力、質(zhì)量的關系,研究對象為放在氣墊導軌上的滑塊,需要測量滑塊的加速度,因此器材需選A、B、D、F、G、H、I、J,不需測時間故不需C停表,計時器用交流電源而電池為直流電源故不需E,需測量滑塊質(zhì)量故需用B天平,實驗分兩大步驟進行:控制滑塊質(zhì)量不變,探究加速度與力的關系;控制力不變,探究加速度與滑塊質(zhì)量的關系。問題導引名師精講典例剖析探究一探究二答案:(1)A、B、D、F、G、H、I、J放在氣墊導軌上的滑塊(2)(m一定)探究a與F的關系(F一定)探究a與m的關系探究一探究二問題導引名師精講典例剖析某

9、同學做“探究加速度與力、質(zhì)量的關系”的實驗時畫出了如圖所示的三條圖線,這三條圖線表示實驗中的不同。 探究一探究二問題導引名師精講典例剖析1.數(shù)據(jù)處理(1)根據(jù)表格(1)記錄的數(shù)據(jù),作出a-F圖象。通過連線可知,在誤差允許的范圍內(nèi),所描繪的各點大致分布在同一條過坐標原點的直線上。探究一探究二問題導引名師精講典例剖析探究一探究二問題導引名師精講典例剖析2.誤差分析(1)所掛重物的總重力沒有遠小于小車的重力引起的誤差。實驗中用所掛重物的重力代替小車的拉力,而實際小車所受拉力小于所掛重物的重力。減小誤差的方法:使所掛重物的質(zhì)量遠小于小車的質(zhì)量。(2)平衡摩擦力不準確、質(zhì)量測量不準確、計數(shù)點間距離測量不

10、準確、紙帶沒有嚴格與木板平行等引起誤差。實驗中可采用逐差法或作v-t圖象求加速度,用圖象法分析a與F、a與m的關系等,可有效減小誤差。探究一探究二問題導引名師精講典例剖析【例題2】 導學號如圖甲是某小組探究加速度與力、質(zhì)量關系的實驗裝置。小車放在長木板上,前端系上細繩,繩的另一端跨過定滑輪掛一放有砝碼的小盤,盤與砝碼的總質(zhì)量為m0,車后端連接的紙帶穿過打點計時器限位孔。為平衡摩擦力,將長木板的右端墊高。該組同學通過在小車上加減砝碼改變小車的質(zhì)量m,增減砝碼改變小車所受的合力F,計算出小車運動的加速度a,實驗數(shù)據(jù)如下表所示:探究一探究二問題導引名師精講典例剖析(1)只有當m與m0的大小關系滿足時

11、,才可以認為繩對小車的拉力大小等于盤及盤中砝碼的重力。 (2)通過表中至次實驗數(shù)據(jù)分析,可以得到當合力一定時,加速度與質(zhì)量成反比的結論。 探究一探究二問題導引名師精講典例剖析(3)根據(jù)表中1至5次實驗數(shù)據(jù),在圖乙中畫出a與F的關系圖線。(4)該圖線不過原點的原因是。 探究一探究二問題導引名師精講典例剖析解析:(1)小車所受合力F等于繩子對小車的拉力,由于放有砝碼的小盤加速下滑,它對繩子的拉力小于本身的重力,只有當mm0時,才能認為放有砝碼的小盤對繩子的拉力等于其重力。(2)題目表格中F為小車所受的合力,觀察表格數(shù)據(jù)可知,分析第59次實驗數(shù)據(jù)可得到合力一定時,加速度與質(zhì)量成反比的結論。(3)根據(jù)

12、表格數(shù)據(jù)進行描點,然后用平滑的線作圖,得到a與F的關系圖線。(4)圖線與縱軸有一交點,說明繩對小車的拉力為零時,小車仍有加速度,小車所受合外力不為零,原因是平衡摩擦力時,木板傾角過大,重力沿木板向下的分力大于摩擦力。探究一探究二問題導引名師精講典例剖析答案:(1)mm0(2)59(3)如圖所示(4)平衡摩擦力時,木板傾角過大(或平衡摩擦力過度)探究一探究二問題導引名師精講典例剖析探究一探究二問題導引名師精講典例剖析探究一探究二問題導引名師精講典例剖析變式訓練2某同學在做“探究加速度與力、質(zhì)量的關系”的實驗中,測得小車的加速度a和拉力F的數(shù)據(jù)如下表所示。 (1)根據(jù)表中的數(shù)據(jù)在如圖所示的坐標系中

13、作出a-F圖象。(2)圖象的斜率的物理意義是。 (3)圖線(或延長線)與F軸的截距的物理意義是 。 (4)小車和砝碼的總質(zhì)量為 kg。 探究一探究二問題導引名師精講典例剖析解析:(1)選取適當?shù)臉硕?作出a-F圖象如圖所示。(2)由F=Ma得 ,可見圖象的斜率為小車和砝碼的總質(zhì)量的倒數(shù)。(3)圖象與F軸的截距表示加速度恰好為零時的拉力,也是小車受到的阻力,大小為0.1 N。(4)由圖可知圖線斜率k=1 kg-1,由 可得M=1 kg。探究一探究二問題導引名師精講典例剖析答案:(1)見解析圖(2)小車和砝碼的總質(zhì)量的倒數(shù)(3)小車受到的阻力為0.1 N(4)11 2 3 4 5 61.關于本節(jié)的

14、實驗操作,下列說法中符合實際的是()A.通過同時改變小車的質(zhì)量m及受到的拉力F的研究,能歸納出加速度、力、質(zhì)量三者之間的關系B.通過保持小車質(zhì)量不變,只改變小車的拉力的研究,就可以歸納出加速度、力、質(zhì)量三者之間的關系C.通過保持小車受力不變,只改變小車質(zhì)量的研究,就可以得出加速度、力、質(zhì)量三者之間的關系D.首先不改變小車質(zhì)量,研究加速度與力的關系;然后不改變小車受力,研究加速度與質(zhì)量的關系,最后歸納出加速度、力、質(zhì)量三者之間的關系解析:探究加速度與力、質(zhì)量的關系時,先使質(zhì)量不變,研究加速度與力的關系;再使受力不變,研究加速度與質(zhì)量的關系;最后總結出加速度與力、質(zhì)量的關系。所以,只有選項D正確。

15、答案:D1 2 3 4 5 62.在保持小車質(zhì)量M不變,探究a與F的關系時,小車質(zhì)量M和小盤及砝碼質(zhì)量m分別選取下列四組值。若其他操作都正確,那么在選用哪一組值測量時,所畫出的a-F圖線較準確()A.M=500 g,m分別為50 g、70 g、100 g、125 gB.M=500 g,m分別為20 g、30 g、40 g、50 gC.M=200 g,m分別為50 g、70 g、100 g、125 gD.M=100 g,m分別為30 g、40 g、50 g、60 g解析:在保持小車質(zhì)量M不變,探究a與F的關系時,必須滿足Mm,故選B。答案:B1 2 3 4 5 63.如果a- 圖象是通過原點的一

16、條直線,則說明()A.物體的加速度a與質(zhì)量m成正比B.物體的加速度a與質(zhì)量m成反比C.物體的質(zhì)量m與加速度a成正比D.物體的質(zhì)量m與加速度a成反比解析:a- 圖象是過原點的一條直線,則a與 成正比,加速度a與質(zhì)量m成反比,選項A錯誤,選項B正確。質(zhì)量是由物體所含物質(zhì)的多少決定的,與物體的加速度無關,故選項C、D錯誤。答案:B4.在“探究加速度與力、質(zhì)量的關系”的實驗中,采用如圖所示的裝置。(1)本實驗應用的實驗方法是()A.控制變量法 B.假設法 C.理想實驗法(2)(多選)在“探究加速度與力、質(zhì)量的關系”的實驗中,操作正確的是()A.平衡摩擦力時,應將重物用細線通過定滑輪系在小車上B.平衡摩

17、擦力時,應將紙帶連接在小車上并穿過打點計時器C.每次改變小車的質(zhì)量時,不需要重新平衡摩擦力D.實驗時,應先放開小車,后接通電源1 2 3 4 5 6(3)如圖是某同學在“探究加速度與力的關系”實驗中打出的一條紙帶,他從比較清晰的點開始,每五個點取一個計數(shù)點。已知打點計時器打點的時間間隔為0.02 s,則相鄰兩計數(shù)點間的時間間隔為 s。由此可求得小車的加速度為a= m/s2,打下計數(shù)點C時小車運動的速度為vC= m/s。 解析:(1)在“探究加速度與力、質(zhì)量的關系”的實驗中,有三個變化的物理量,分別是加速度a、小車質(zhì)量M、小車受到的合外力F,研究三個變化物理量之間的關系時應采用“控制變量法”。1

18、 2 3 4 5 61 2 3 4 5 6(2)在實驗中,為了減小誤差需要平衡摩擦力,平衡摩擦力時不應懸掛細線和重物,但應該將紙帶固定在小車上,并穿過打點計時器限位孔,選項A錯誤,而選項B正確;小車所受到的摩擦力與懸掛的重物無關,每次改變所掛重物的質(zhì)量時,不需要重新平衡摩擦力,選項C正確;為了記錄小車從靜止開始的運動,也為了多打幾個點減小實驗誤差,需要先接通電源,然后釋放小車,選項D錯誤。(3)打點計時器的打點間隔是0.02 s,每兩個計數(shù)點之間有5個打點時間間隔,故每兩個計數(shù)點之間的時間間隔是0.1 s;根據(jù)數(shù)據(jù)求得小車的加速度為答案:(1)A(2)BC(3)0.11.20.465.某實驗小組設計了如圖甲所示的實驗裝置,探究物體的加速度與受力的關系,通過改變重物的質(zhì)量,利用傳感器可得到滑塊運動的加速度a和所受拉力F,而后作出a-F關系圖象。他們在軌道水平和傾斜的兩種情況下分別做了實驗,得到了兩條a-F圖線,如圖乙所示。由圖象可知圖線不過坐標原點的原因是;滑塊和加速度傳感器的總質(zhì)量m= kg。 甲 乙 1 2 3 4 5 61 2 3 4 5 6解析:圖線不過坐標原點的原因是軌道傾角太大,滑塊的重力沿斜軌道方向的分力較大,平衡了滑塊與軌道間的摩擦力后還產(chǎn)生了加速度,即不加拉力F時