人教版高中物理必修一[知識(shí)點(diǎn)整理及重點(diǎn)題型梳理]實(shí)驗(yàn)：探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系

1、人教版高中物理必修知識(shí)點(diǎn)梳理重點(diǎn)題型?？贾R(shí)點(diǎn)穩(wěn)固練習(xí)實(shí)驗(yàn)：探究加速度、力、質(zhì)量之間的關(guān)系【學(xué)習(xí)目標(biāo)】1 .掌握在研究三個(gè)物理量之間關(guān)系時(shí),常用的限制變量法2 .理解物體的加速度大小與力有關(guān),也與質(zhì)量有關(guān)3 .通過實(shí)驗(yàn)探究加速度與力和質(zhì)量的定量關(guān)系4 .根據(jù)原理去設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn),處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),得出結(jié)論5 .會(huì)分析數(shù)據(jù)表格,利用圖象尋求物理規(guī)律【要點(diǎn)梳理】要點(diǎn)一、怎樣測(cè)量或比擬物體的加速度1.物體做初速為0的勻加速直線運(yùn)動(dòng),測(cè)量物體加速度最直接的方法就是用刻度尺測(cè)量位移并用秒表測(cè)量時(shí)間,由公式2xa二二算出加速度.t2 .可以在運(yùn)動(dòng)物體上連一條紙帶,3 .也可以不測(cè)加速度的具體數(shù)值,x根據(jù)a=,測(cè)出兩

2、初速度為t2通過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打點(diǎn)來測(cè)量加速度.而測(cè)不同情況下即不同受力時(shí)、不同質(zhì)量時(shí)物體加速度的比值.0的勻加速運(yùn)動(dòng)在相同時(shí)間內(nèi)發(fā)生的位移XI、x2,位移比就是加速度之比,即亙二上.a2x要點(diǎn)二、怎樣提供和測(cè)量物體所受的恒力在現(xiàn)實(shí)中,僅受一個(gè)力的情況幾乎是不存在的.一個(gè)單獨(dú)的力的作用效果與跟它大小、方向都相同的合力的作用效果是相同的,因此,在實(shí)驗(yàn)中我們只要測(cè)出物體所受的合力即可.如何為運(yùn)動(dòng)的物體提供一個(gè)恒定的合力？又如何測(cè)出這個(gè)合力呢？可以在繩的一端掛鉤碼,另一端跨過定滑輪拉物體,使物體做勻加速運(yùn)動(dòng)的力就是物體的合力,這個(gè)合力等于鉤碼的重力.通過測(cè)量鉤碼的重力就可測(cè)得物體所受的合力.要點(diǎn)三、平衡

3、摩擦力依據(jù)上面的方案中做勻變速運(yùn)動(dòng)的物體,受的合力并不等于鉤碼的重力.這是由于物體在相對(duì)運(yùn)動(dòng),還要受到滑動(dòng)摩擦力.如何減小滑動(dòng)摩擦力,使我們所測(cè)得的鉤碼重力盡可能接近于物體所受的合力？使用光滑的木板；平衡滑動(dòng)摩擦力.將木板一端墊高,讓物體從木板上勻速滑下,此時(shí)物體的重力分力就等于物體所受的摩擦力.平衡摩擦力后,當(dāng)小車的質(zhì)量發(fā)生改變時(shí),不用再平衡摩擦力.這是由于mgsinH=NmgcosH,等式的兩邊質(zhì)量可以抵消,即與物體的質(zhì)量大小沒有關(guān)系.要點(diǎn)四、如何處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)本實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)處理可以采用計(jì)算法和圖象法兩種不同的方法：1 .計(jì)算法測(cè)得加速度或加速度之比等于位移之比后,通過計(jì)算看看是否滿足史a2F

4、if2aia2m2m12 .圖象法測(cè)得加速度后,用拉力F為橫坐標(biāo),加速度a為縱坐標(biāo),描繪a-F圖象,看看圖象是否為過原點(diǎn)的傾斜直線；用工為橫坐標(biāo),加速度a為縱坐標(biāo),描繪a工圖象,看看圖象是否為過原點(diǎn)的傾斜直線.mm或者在測(cè)得加速度之比等于位移之比后,用兩車?yán)χ菷2/F1為橫坐標(biāo),兩車位移之比X2/xi表示加速度之比a2/ai為縱坐標(biāo),描繪aF圖象,看看圖象是否為過原點(diǎn)的傾斜直線；用m/m2為橫坐標(biāo),加速度1一一一,八a2/ai為縱坐標(biāo),描繪a圖象,看看圖象是否為過原點(diǎn)的傾斜直線.m要點(diǎn)五、實(shí)驗(yàn)考前須知1 .牽引小車的祛碼應(yīng)有i0g、20g、50g等規(guī)格.沒有小規(guī)格祛碼,可用沙桶裝沙替代,質(zhì)

5、量用天平稱量.2 .探究加速度與力的關(guān)系：小車質(zhì)量為200g,兩車上面均可加100g左右的祛碼.保持其中一個(gè)小車所掛祛碼不變?nèi)?0g,另一小車所掛祛碼逐漸加大,但不要過大.祛碼質(zhì)量過大,會(huì)使圖象線性變差.3 .探究加速度與質(zhì)量的關(guān)系：一車質(zhì)量固定為300g,另一車質(zhì)量可自200g起,逐次增加祛碼至700g800g.牽引小車的祛碼以30g40g為宜.小車質(zhì)量過大,夾子不容易夾住車后拖線,造成位移誤差.4 .小車后所系線繩要用適當(dāng)粗些的棉繩,當(dāng)夾子夾住線繩時(shí)不會(huì)滑動(dòng).如果用外表較光滑的尼龍繩,當(dāng)夾子閉合時(shí)線繩還會(huì)被小車拖一段距離才會(huì)停住.解決的方法可在尼龍繩上擦一些松香,以增大線繩與夾子之間的摩擦

6、力.5 .選擇口寬、彈力大的夾子,使夾子張開和閉合動(dòng)作要迅捷有力.動(dòng)作緩慢,會(huì)使某些夾子張開夾口時(shí)兩側(cè)張開的程度不一樣,張開較小的一側(cè)所限制的小車拖繩受阻,影響到小車運(yùn)動(dòng).6 .注意小車運(yùn)動(dòng)停止的位置不能與定滑輪相碰.實(shí)驗(yàn)中如果小車碰到定滑輪才松手讓夾子夾住拖線,那么與定滑輪相碰的小車位移偏小而產(chǎn)生誤差.要點(diǎn)六、實(shí)驗(yàn)誤差分析1 .因?qū)嶒?yàn)原理不完善引起的誤差.本實(shí)驗(yàn)用砂和砂桶的總重力m'+Mg代替小車的拉力,而實(shí)際小車所受的拉力要小于砂和砂桶的總重力.砂和砂桶的總質(zhì)量越接近小車和祛碼的總質(zhì)量,誤差越大；反之,砂和砂桶的總質(zhì)量越小于小車和祛碼的總質(zhì)量,由此引起的誤差就越小.因此,滿足砂和砂

7、桶的總質(zhì)量m遠(yuǎn)小于小車和祛碼的總質(zhì)量M的目的就是為了減小因?qū)嶒?yàn)原理不完善而引起的誤差.此誤差可因m?M而減小,但不可能消除此誤差.證實(shí)如下：小車和砂桶的受力情況如下圖.mg對(duì)小車：F=Ma,對(duì)砂桶：mgF=ma,解得：f.曲g*可見當(dāng)時(shí)m?M時(shí),Fftmg.【說明】上面的證實(shí)在這里講的目的,旨在使同學(xué)們懂得為什么實(shí)驗(yàn)中要m?M,不要求同學(xué)們會(huì)處理這類問題.這個(gè)問題在學(xué)完本章后來體會(huì)就更好.2 .平衡摩擦不準(zhǔn)造成誤差.實(shí)驗(yàn)原理中設(shè)定為光滑水平面情形,所以實(shí)驗(yàn)中應(yīng)平衡摩擦力,假設(shè)未平衡摩擦力或平衡不當(dāng)就會(huì)帶來系統(tǒng)誤差.如出現(xiàn)圖甲中的直線,說明平衡摩擦力時(shí),平衡過大了.即拉力F=0時(shí),已產(chǎn)生加速度,

8、其加速度是由多余重力的分力形成的.出現(xiàn)圖甲中的直線,說明平衡摩擦力不夠,由于拉力大于Fo時(shí)才產(chǎn)生加速度.出現(xiàn)圖乙中直線的原因分析如下：平衡摩擦力后,小車在木板上的受力應(yīng)有F+mgsin6-mgcos0=ma*,其中F為繩拉力,.為木板與水平面間的夾角._.1一假設(shè)未平衡摩擦力,那么0=0,*式為F-Nmg=ma,F一定,只有m小到一定程度,即一大到一定m程度,才有F-Nmg>0,才能產(chǎn)生加速度.由圖乙知,線為未平衡摩擦造成的誤差.假設(shè)平衡摩擦過大,小車在木板上的受力應(yīng)有F+mgsin6-l1mgcos0=ma,當(dāng)工=0,即mT°o時(shí),m式中F作為小量,可略去,將*式整理得a=g

9、sine-kcos0,說明線為平衡摩擦力過大造成的誤差.【說明】平衡摩擦力時(shí)不要掛重物,整個(gè)實(shí)驗(yàn)平衡了摩擦力后,不管以后是改變小盤和祛碼的質(zhì)量還是改變小車和祛碼的質(zhì)量,都不需要重新平衡摩擦力.3 .實(shí)驗(yàn)操作造成的誤差質(zhì)量測(cè)量不準(zhǔn)確、計(jì)數(shù)點(diǎn)間的間距測(cè)量不準(zhǔn)確、紙帶和細(xì)繩不嚴(yán)格與木板平行都會(huì)引起誤差.【典型例題】類型一、對(duì)限制變量法的理解例1.利用如下圖的裝置探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系,以下說法中正確的選項(xiàng)是A.保持小車所受拉力不變,只改變小車的質(zhì)量,就可以探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系B.保持小車質(zhì)量不變,只改變小車的拉力,就可以探究加速度與力、質(zhì)量之間的關(guān)系C.先保持小車所受拉力不變,研究加速度與

10、力的關(guān)系；再保持小車質(zhì)量不變,研究加速度與質(zhì)量的關(guān)系,最后歸納出加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系D.先保持小車質(zhì)量不變,研究加速度與力的關(guān)系；再保持小車受力不變,研究加速度與質(zhì)量的關(guān)系,最后歸納出加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系【答案】D【解析】對(duì)于加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系,應(yīng)先保持小車質(zhì)量不變,研究加速度與力的關(guān)系；再保持小車受力不變,研究加速度與質(zhì)量的關(guān)系,最后歸納出加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系.【總結(jié)升華】限制變量法就是限制某一物理量,研究剩余量之間的關(guān)系,它是研究多個(gè)變量常用的方法.舉一反三【變式】在“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系的實(shí)驗(yàn)時(shí)：(1)我們已經(jīng)知道,物體的加速度(a)同時(shí)跟合外力(F)和質(zhì)量(m兩個(gè)因素有

11、關(guān).要研究這三個(gè)物理量之間的定量關(guān)系的根本思路是;(2)小薇同學(xué)想用砂和砂桶的重力表示小車受到的合外力,為了減少這種做法而帶來的實(shí)驗(yàn)誤差,你認(rèn)為在實(shí)驗(yàn)中還應(yīng)該采取的兩項(xiàng)舉措是：a.;b.2s(3)小微同學(xué)利用實(shí)驗(yàn)中打出的紙帶求加速度時(shí),處理萬案有兩種：a.利用公式a=F計(jì)算；b.根據(jù)ts一a=產(chǎn)利用逐差法計(jì)算.兩種方案中,你認(rèn)為選擇方案比擬合理,而另一種方案不合理的理由【答案】(1)先保持m不變,研究a與F的關(guān)系,再保持F不變,研究a與m的關(guān)系；(2) a.把木板的末端墊起適當(dāng)高度以平衡摩擦力；b.砂和桶的質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車質(zhì)量；(3) b;紙帶開始一段的點(diǎn)分布密集,位移的測(cè)量誤差大類型二、對(duì)實(shí)驗(yàn)

12、操作的考查打點(diǎn)計(jì)時(shí)器*【答案該同學(xué)的操作不正確,應(yīng)該這樣操作；慢慢調(diào)節(jié)木板不帶定滑輪的一端,直到給小車?yán)?、(2021臨忻市期末考)在探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系實(shí)驗(yàn)中,采用如圖甲所示的實(shí)驗(yàn)裝置.為消除摩擦力的影響,實(shí)驗(yàn)前必須平衡摩擦力.小王同學(xué)為平衡摩擦力這樣操作：將小車靜止地放水平長(zhǎng)木板上,然后把木板不帶滑輪的一端墊高,直至小車沿木板向下滑動(dòng).如圖乙所示,請(qǐng)問這位同學(xué)的操作是否正確？如果不正確,當(dāng)如何進(jìn)行？-定的初速度,打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在與小車連接的紙帶上打下一系列間隔大致相等的點(diǎn),即小車沿木板作勻速直線運(yùn)動(dòng).【解析】該同學(xué)的操作不正確,應(yīng)該這樣操作；慢慢調(diào)節(jié)木板不帶定滑輪的一端,直到給小車一定的

13、初速度,打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在與小車連接的紙帶上打下一系列間隔大致相等的點(diǎn),即小車沿木板作勻速直線運(yùn)動(dòng).【總結(jié)升華】在驗(yàn)證牛頓第二定律的實(shí)驗(yàn)用限制變量法,本實(shí)驗(yàn)只有在滿足平衡摩擦力和小車質(zhì)量遠(yuǎn)大于鉤碼質(zhì)量的雙重條件下,才能用鉤碼重力代替小車所受的合力,同時(shí)增強(qiáng)根底物理知識(shí)在實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用,增強(qiáng)解決實(shí)驗(yàn)問題的水平.舉一反三【變式】在探究“加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系的活動(dòng)中：某同學(xué)在接通電源進(jìn)行實(shí)驗(yàn)之前,將實(shí)驗(yàn)器材組裝如下圖.請(qǐng)你指出該裝置中的錯(cuò)誤或不妥之處：【答案】打點(diǎn)計(jì)時(shí)器不應(yīng)使用干電池,應(yīng)使用交流電源；實(shí)驗(yàn)中沒有平衡小車的摩擦力；小車初始位置離打點(diǎn)計(jì)時(shí)器太遠(yuǎn)類型三、對(duì)圖象的考查例3.在“探究加速度與力、質(zhì)量

14、的關(guān)系這一實(shí)驗(yàn)中,有兩位同學(xué)通過測(cè)量,分別作出aF圖象,如圖(a)(b)中的A、B線所示；試分析：(1) A線不通過坐標(biāo)原點(diǎn)的原因是;【答案】(1)A線在F軸上有一定的截距,說明F到達(dá)一定的值后小車才開始有加速度,這是沒有平衡摩擦力,或平衡摩擦力不夠引起的.(2) B線在a軸上有一定的截距,說明F為0,即不加F時(shí)小車已經(jīng)有了一定的加速度,這是平衡摩擦力時(shí)木板傾角0太大,即平衡摩擦力過度引起的.【總結(jié)升華】從圖線在坐標(biāo)軸上截距的物理意義著手分析.運(yùn)用圖象分析實(shí)驗(yàn)誤差原因,這是實(shí)驗(yàn)探究中一項(xiàng)很重要的水平.舉一反三【變式】(2021云南校級(jí)學(xué)業(yè)測(cè)試)在探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系的實(shí)驗(yàn)中,某同學(xué)得到以

15、下實(shí)驗(yàn)圖線A、B,其中描述加速度與質(zhì)量的關(guān)系圖線是,加速度與力的關(guān)系圖線是【解析】在探究加速度與力、質(zhì)量關(guān)系的實(shí)驗(yàn)中,保持拉力的大小不變,描述加速度與質(zhì)量關(guān)系的圖線是B；保持小車質(zhì)量不變,加速度與力成正比,描述加速度與力的關(guān)系圖線是Ao【課程：牛頓運(yùn)動(dòng)定律實(shí)驗(yàn)專題例2】【變式2】做“驗(yàn)證牛頓第二定律實(shí)驗(yàn),甲同學(xué)根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)畫出的小車的加速度a和小車所受拉力F的圖像為圖中的直線I,乙同學(xué)畫出的aF圖像為以下圖中的直線n.直線I、n在縱軸或橫軸上的截距較大,明顯超出了誤差范圍,下面給出了關(guān)于形成這種情況原因的四種解釋,其中可能正確的選項(xiàng)是O/A、實(shí)驗(yàn)前甲同學(xué)沒有平衡摩擦力；B、甲同學(xué)在平衡摩擦力時(shí)

16、,把長(zhǎng)木板的末端抬得過高了；C、實(shí)驗(yàn)前乙同學(xué)沒有平衡摩擦力；D乙同學(xué)在平衡摩擦力時(shí),把長(zhǎng)木板的末端抬得過高了.【答案】BC類型四、對(duì)數(shù)據(jù)的處理例4.某同學(xué)利用實(shí)驗(yàn)裝置研究a與F之間的關(guān)系,測(cè)得小車的加速度a和拉力F的數(shù)據(jù)見下表:F/N0.200.300.400.50a/(ml_s°)0.100.210.290.401根據(jù)表中數(shù)據(jù)在圖甲中畫出a-F的圖線；2結(jié)合實(shí)驗(yàn)裝置,說明圖線不過原點(diǎn)的原因是什么？如何進(jìn)行改正？【答案】1根據(jù)表中數(shù)據(jù)在坐標(biāo)系中描點(diǎn),并用一條直線來擬合這些點(diǎn),如圖乙所示.甲乙2圖線與F軸交于0.1N處,說明拉力F小于0.1N時(shí),小車靜止不動(dòng)a=0,這是由于實(shí)驗(yàn)中未平衡

17、摩擦力或平衡摩擦力時(shí)斜面傾角過小造成的,應(yīng)增大斜面傾角.【解析】實(shí)驗(yàn)中我們認(rèn)為小盤和祛碼的重力等于小車所受的合力,沒有考慮摩擦阻力對(duì)小車運(yùn)動(dòng)的影響,所以實(shí)驗(yàn)中如果未平衡摩擦力或平衡摩擦力不當(dāng)都將導(dǎo)致a-F圖線不過原點(diǎn).舉一反三【變式1】某同學(xué)在實(shí)驗(yàn)中保持拉力不變,得到了小車加速度隨質(zhì)量變化的一組數(shù)據(jù),如表所示：請(qǐng)?jiān)趫D中方格紙中建立適宜坐標(biāo),并畫出能直觀反映出加速度與質(zhì)量關(guān)系的圖線.1【解析】a與m成反比實(shí)際上就是a與一成正比,m1一一、,一、一a為縱坐標(biāo),以一為橫坐標(biāo)建立坐標(biāo)系,選取m【課程：牛頓運(yùn)動(dòng)定律實(shí)驗(yàn)專題例4】【變式2】某同學(xué)采用如下圖的裝置驗(yàn)證規(guī)律：“物體質(zhì)量一定,其加速度與所受合力成正比該同學(xué)是采用vt圖象來求加速度的.圖中為實(shí)驗(yàn)中打出的一條紙帶的一局部,紙帶上標(biāo)出了連續(xù)的3個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn),依次為B、CD,相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)之間還有4個(gè)計(jì)時(shí)點(diǎn)沒有標(biāo)出.打點(diǎn)計(jì)時(shí)器接在頻率為50Hz的交流電源上.打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打C點(diǎn)時(shí),小車的速度為m/s;niiiiiHi|iiiiirii|iiii|irii|Hii|irii|iiii|iiii|iiii|iiii|riii|iiii|iiii|iiii|riii|iiH|iiii|iiri|iiii|iiri|ini|i