2025版新教材高中物理第4章第2節(jié)實(shí)驗(yàn)：探究加速度與力質(zhì)量的關(guān)系學(xué)案新人教版必修第一冊(cè)

PAGE4-第2節(jié)試驗(yàn)：探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系1．試驗(yàn)原理(1)探究方法——eq\o(□,\s\up1(01))限制變量法①限制小車的質(zhì)量M不變，變更拉力F，探究加速度a與力F的關(guān)系。②限制所掛槽碼的質(zhì)量m不變，即力F不變，變更小車的質(zhì)量M，探究加速度a與質(zhì)量M的關(guān)系。(2)要測(cè)量的物理量①eq\o(□,\s\up1(02))小車與其上砝碼的總質(zhì)量M。②eq\o(□,\s\up1(03))小車受的拉力F(所掛槽碼的重力)。③eq\o(□,\s\up1(04))小車的加速度a。2．試驗(yàn)器材eq\o(□,\s\up1(01))打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、紙帶、復(fù)寫紙、小車、eq\o(□,\s\up1(02))一端附有定滑輪的長(zhǎng)鋁板、槽碼、夾子、細(xì)繩、低壓eq\o(□,\s\up1(03))溝通電源、導(dǎo)線、天平(帶有一套砝碼)、eq\o(□,\s\up1(04))刻度尺。典型考點(diǎn)_________________________一試驗(yàn)原理和方法1．在“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”的試驗(yàn)中，滲透了探討問題的多種科學(xué)方法：(1)試驗(yàn)環(huán)境的等效法：________________。(2)試驗(yàn)條件設(shè)計(jì)的科學(xué)方法：________________。(3)試驗(yàn)原理的簡(jiǎn)化：________，即當(dāng)小車質(zhì)量M車?m砂時(shí)，細(xì)繩對(duì)小車的拉力大小近似等于砂及桶的總重力m砂g。(4)試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理的科學(xué)方法：________。(5)由a-M車圖像轉(zhuǎn)化為a-eq\f(1,M車)圖像，所用的科學(xué)方法：________。(以上各題均選填“志向試驗(yàn)法”“圖像法”“平衡摩擦力法”“化曲為直法”“限制變量法”或“近似法”)答案(1)平衡摩擦力法(2)限制變量法(3)近似法(4)圖像法(5)化曲為直法解析(1)由于小車運(yùn)動(dòng)時(shí)受到摩擦阻力，所以要平衡摩擦力，以減小試驗(yàn)誤差，稱為平衡摩擦力法。(2)在探究加速度、力與質(zhì)量三者關(guān)系時(shí)，先保持其中一個(gè)量不變，來(lái)探究其他兩個(gè)量之間的關(guān)系，稱為限制變量法。(3)當(dāng)小車質(zhì)量M車?m砂時(shí)，細(xì)繩對(duì)小車的拉力大小近似等于砂及桶的總重力m砂g，稱為近似法。(4)通過(guò)圖像探討試驗(yàn)的結(jié)果，稱為圖像法。(5)在作圖時(shí)，由a-M車圖像轉(zhuǎn)化為a-eq\f(1,M車)圖像，使圖線由曲線轉(zhuǎn)化為直線，稱為化曲為直法。典型考點(diǎn)_________________________二試驗(yàn)步驟及留意事項(xiàng)2．在“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”試驗(yàn)中，某組同學(xué)用如圖所示裝置，采納限制變量的方法，來(lái)探討小車質(zhì)量不變的狀況下，小車的加速度與小車受到的力的關(guān)系，下列措施中正確的是()①首先要平衡摩擦力，使小車受到的合力就是細(xì)繩對(duì)小車的拉力②平衡摩擦力的方法就是在砂桶中添加砝碼，使小車能勻速滑動(dòng)③每次變更拉小車的拉力后都須要重新平衡摩擦力④試驗(yàn)中通過(guò)在砂桶中增加砝碼來(lái)變更小車受到的拉力⑤試驗(yàn)中應(yīng)先放小車，然后再開打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源⑥試驗(yàn)中繩子拉力方向跟平板平行A．①④⑤ B．②③⑥C．①③⑥ D．①④⑥答案D解析試驗(yàn)時(shí)首先要平衡摩擦力，使小車受到的合力就是細(xì)繩對(duì)小車的拉力，故①正確；平衡摩擦力的方法就是小車與紙帶相連，小車前面不掛砂桶，把小車放在墊有墊塊的平板上并給小車一個(gè)初速度，看小車能否做勻速直線運(yùn)動(dòng)，故②錯(cuò)誤；每次變更拉小車的拉力后都不須要重新平衡摩擦力，故③錯(cuò)誤；試驗(yàn)中通過(guò)在砂桶中增加砝碼來(lái)變更小車受到的拉力，故④正確；試驗(yàn)中應(yīng)先接通電源，后放開小車，故⑤錯(cuò)誤；試驗(yàn)中繩子拉力方向跟平板平行，故⑥正確。故選D。典型考點(diǎn)_________________________三試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理及誤差分析3．某同學(xué)在“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”試驗(yàn)中，采納如圖甲所示的裝置。(1)在平衡小車與長(zhǎng)木板之間摩擦力的過(guò)程中，打出了一條紙帶如圖乙所示。計(jì)時(shí)器打點(diǎn)的時(shí)間間隔為0.02s。從比較清楚的點(diǎn)起，每5個(gè)點(diǎn)取一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，量出相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)之間的距離，依據(jù)圖中給出的數(shù)據(jù)求出該小車的加速度a＝________m/s2(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)。(2)如圖丙所示為該同學(xué)在探究加速度a與力F的關(guān)系時(shí)，依據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)作出的a-F圖像，說(shuō)明試驗(yàn)存在的問題是________________________。答案(1)0.16(2)平衡摩擦力不足或未平衡摩擦力解析(1)小車的加速度a＝eq\f(x34－x12,2T2)＝eq\f(3.83－3.52×10－2,2×0.12)m/s2≈0.16m/s2。(2)由圖線可知，當(dāng)力F達(dá)到肯定值時(shí)，小車才有加速度，緣由是平衡摩擦力不足或未平衡摩擦力。典型考點(diǎn)_________________________四試驗(yàn)創(chuàng)新4．為了探究加速度與力的關(guān)系，運(yùn)用如圖所示的氣墊導(dǎo)軌裝置進(jìn)行試驗(yàn)。其中G1、G2為兩個(gè)光電門，它們與數(shù)字計(jì)時(shí)器相連，當(dāng)滑行器通過(guò)G1、G2光電門時(shí)，光束被遮擋的時(shí)間Δt1、Δt2都可以被測(cè)量并記錄。滑行器連同上面固定的一條形擋光片的總質(zhì)量為M，擋光片寬度為D，光電門間距離為x，牽引砝碼的質(zhì)量為m。回答下列問題。(1)試驗(yàn)起先時(shí)應(yīng)先調(diào)整氣墊導(dǎo)軌下面的螺釘，使氣墊導(dǎo)軌水平，在不增加其他儀器的狀況下，判定調(diào)整是否到位的方法是__________________________________________________。(2)若取M＝0.4kg，變更m的值，進(jìn)行多次試驗(yàn)，以下m的取值不合適的一個(gè)是________。A．m1＝5g B．m2＝15gC．m3＝40g D．m4＝400g(3)在此試驗(yàn)中，須要測(cè)得每一個(gè)牽引力對(duì)應(yīng)的加速度，其中求得的加速度的表達(dá)式為__________________(用Δt1、Δt2、D、x表示)。答案(1)取下牽引砝碼，滑行器放在隨意位置都不動(dòng)(或取下牽引砝碼，輕推滑行器，用數(shù)字計(jì)時(shí)器記錄的每一個(gè)光電門的光束被遮擋的時(shí)間Δt都相等)(2)D(3)a＝eq\f(\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(D,Δt2)))2－\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(D,Δt1)))2,2x)解析(1)取下牽引砝碼，滑行器放在隨意位置都不動(dòng)；或取下牽引砝碼，輕推滑行器，用數(shù)字計(jì)時(shí)器記錄的每一個(gè)光電門的光束被遮擋的時(shí)間Δt都相等。(2)試驗(yàn)要求m?M，而M＝0.4kg，故當(dāng)m＝400g時(shí)不符合要求。(3)滑行器通過(guò)光電門G1時(shí)的速度v1＝eq\f(D,Δt1)，通過(guò)光電門G2時(shí)的速度v2＝eq\f(D,Δt2)?；衅髯鰟蚣铀龠\(yùn)動(dòng)，依據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)公式veq\o\al(2,2)－veq