高中物理粤教版 (2019)必修 第一册第二节 加速度与力、质量之间的关系教学课件ppt

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必备知识·自主预习储备
知识点一　影响加速度的因素1．加速度的测量(1)在实验中加速度不能直接测量，可以通过直接测量____和____间接地测量加速度．(2)由静止开始做匀变速直线运动的物体，位移s＝_____，测出位移s和时间t，则它的加速度a＝___．2．加速度与物体的受力和质量之间的关系(1)在确定加速度与物体的受力情况、物体的质量之间的关系时，我们一般采用__________，即先保持一个量不变，测量另外两个量之间关系的方法．
(2)在探究加速度与质量的关系时，要保持物体所受______不变，而改变物体的____．①设斜面与水平桌面的夹角为θ，小车的质量为M，把小车放在斜面上，忽略小车与斜面间的摩擦，则小车所受合外力大小为________，增大小车的质量而保持合外力不变，需要____夹角θ.②结论，相同质量的物体，受到的外力越小 ，加速度____，受到相同外力时，质量越小，加速度____．提醒　控制变量法是物理学中常用的一种科学方法．
[答案]　(1)×　(2)√　(3)×
知识点二　探究加速度与力、质量的定量关系1．实验装置(如图所示)气垫导轨：减少轨道摩擦．光电门：光电门对时间的记录是非常准确的，如果能测得挡光片的宽度ΔL和挡光片经过光电门的时间Δt，就可以求得挡光片通过光电门的平均速度．如果挡光片很窄，可以认为这个速度就是挡光片通过光电门的____速度．
2．实验原理：实验的基本思想——控制变量法(1)保持研究对象即滑块的____不变，改变钩码的数量，即改变____，探究加速度与所受合外力之间的定量关系．(2)保持滑块的____不变，即钩码数量不变，改变滑块质量，研究加速度与质量之间的定量关系．
体验　2．(1)探究加速度与力、质量的关系的实验是通过同时改变小车的质量m及受到的拉力F的研究，归纳出加速度、力、质量三者之间的关系．(　　)(2)探究a、F、m的关系的实验，是通过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a、F、m三者之间的关系．(　　)
(3)在“探究加速度与力、质量的定量关系”的实验中，采用的研究方法是________．(4)如果加速度与力的图像是一条过原点的倾斜直线，则加速度与力成________．[答案]　(1)×　(2)√　(3)控制变量法　(4)正比
关键能力·情境探究达成
考点1　影响加速度的因素
考点2　探究加速度与力、质量的
纯电动汽车不排放污染空气的有害气体，具有较好的发展前途．而电动汽车的启动加速始终是一个需要研究的问题．请探究：(1)甲同学说可以减小汽车的质量，能使加速度更大些，你认为对吗？(2)乙同学说可以使电动汽车的动力更强些，也能使加速度更大些，你认为对吗？提示：(1)对．　(2)对．
考点1　影响加速度的因素1．探究加速度与物体所受合外力的关系(1)探究目的验证猜想：小车质量保持不变时，小车所受合外力越大，加速度越大；反之合外力越小，加速度越小．
(2)探究实验设计①如图所示，让小车从斜面上由静止释放；②记下小车的运动时间t；③从斜面上读出小车的位移s；⑤改变斜面与水平面的夹角，可以改变小车受到的合力大小，重做上面的实验．
(3)探究结论当物体的质量保持不变时，物体受到的合外力逐渐增大，其加速度将逐渐增大；反之，物体受到的合外力逐渐减小，其加速度也逐渐减小．加速度的方向与合外力的方向相同．2．探究加速度与物体质量的关系(1)探究目的验证猜想：小车所受合外力不变时，小车的质量越大，加速度就越小；反之，质量越小，加速度就越大．
【典例1】　在“探究加速度与力、质量的关系”活动中，某小组设计了如图所示的实验装置．图中上下两层水平轨道表面光滑，两小车前端系上细线，细线跨过滑轮并挂上砝码盘，两小车尾部细线连到控制装置上，实验时通过控制装置使两小车同时开始运动，然后同时停止．
(1)在安装实验装置时，应调整滑轮的高度，使_______________；在实验时，为减小系统误差，应使砝码盘和砝码的总质量____________小车的质量(选填“远大于”“远小于”或“等于”).(2)本实验通过比较两小车的位移来比较小车加速度的大小，能这样比较，是因为_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________.思路点拨：应使细线平行于水平轨道，以减小误差；使砝码盘和砝码总质量比小车质量小很多，才能近似认为拉力与重力相等．
[解析]　(1)拉小车的水平细线要与轨道平行．只有在砝码盘和砝码的总质量远小于小车质量时，才能认为砝码盘和砝码的总重力等于细线拉小车的力．[答案]　(1)细线与轨道平行(或水平)　远小于(2)两小车从静止开始做匀加速直线运动，且两小车的运动时间相等
规律方法　控制变量法加速度的大小既与物体受到的力的大小有关，也与物体的质量有关，研究a与F及物体的质量m间的关系时，质量m与力F不能同时改变，应控制物体的质量m不变，研究a与F的关系，控制F不变，研究a与m的关系，即采用控制变量法．
[一题多变]在上题中，若小车质量相等，经计算得出aⅠ∶aⅡ＝1∶2，这能比较拉力大小吗？请解释．[解析]　能．小车质量相等，aⅠ∶aⅡ＝1∶2，说明小车Ⅱ受到拉力大，FⅠ∶FⅡ＝1∶2．[答案]　见解析
[跟进训练]1．甲、乙两个实验小车，在同样的合外力作用下，甲车产生的加速度是1.5 m/s2，乙车产生的加速度是4.5 m/s2，甲车的质量m甲和乙车的质量m乙之比为(　　)A．1∶3　B．3∶1C．1∶1 D．无法确定[答案]　B
考点2　探究加速度与力、质量的定量关系1．实验原理(1)控制变量法①保持滑块的质量不变，改变其所受合外力探究a与F的关系．②保持滑块所受的合外力不变，改变其质量探究a与M的关系．(2)三个物理量的测量方法①滑块质量的测量利用天平测出，在滑块上增减橡皮泥可改变滑块的质量．
3．实验与探究(1)实验装置如图所示，让滑块在砝码拉力的作用下做加速运动，记录下滑块通过光电门的速度、砝码的质量、两光电门之间的距离．(2)保持滑块质量不变，通过增加(或减少)砝码的数量来改变拉力的大小．重复实验3次．
(3)将实验结果填入表一，并计算每一次滑块的加速度a.表一滑块质量M＝________kg
(4)用纵坐标表示加速度，横坐标表示作用力，根据实验结果画出滑块运动的a-F图像，从而得出a与F的关系．(5)保持砝码的质量不变，即滑块所受的拉力不变，记下滑块通过光电门的速度v1、v2．在滑块上增加(或减少)橡皮泥来改变滑块的质量，重复进行几次实验，记下实验数据，将实验结果填入表二．
表二拉力F＝________N
4．实验数据的处理方法——图像法、“化曲为直”法(1)研究加速度a和力F的关系，以加速度a为纵坐标，以力F为横坐标，根据测量数据描点，然后作出图像，如图甲所示，若图像是一条通过原点倾斜的直线，就能说明a与F成正比．甲
5．实验注意事项(1)气垫导轨是较精密仪器，实验中必须避免导轨受碰撞、摩擦而变形、损伤，没有给气垫导轨通气时，不准在导轨上强行推动滑块．(2)实验时滑块的速度不能太大，以免在与导轨两端缓冲弹簧碰撞后跌落而使滑块受损．(3)实验中滑块由静止释放，应防止砝码盘摆动且滑块最好在同一位置处释放，这样便于检查数据的准确性．(4)用图像法处理实验数据，作图时应使尽可能多的点在直线上，不在直线上的点尽可能分布在所作直线的两侧，偏离直线太远的点应舍弃掉．
【典例2】　(2022·广东湛江高一期末)在“探究加速度与质量的关系”的实验中．
(1)备有器材：A.带定滑轮的长木板；B.电磁打点计时器、低压交流电源、纸带；C.细绳、小车、砝码；D.装有细砂的小桶；E.薄木板；F.毫米刻度尺．还缺少的一件器材是________．[解析]　本题要测量小车的质量，则需要天平，所以还缺少的一件器材是天平．[答案]　天平　
(2)实验得到如图甲所示的一条纸带，相邻两计数点间的时间间隔为T；测得AB、BC、CD、DE的距离分别为s1、s2、s3、s4，根据纸带可求出打C点时小车的速度表达式为vC＝________，小车加速度的表达式为a＝________．
[答案]　0.020(0.018～0.022均正确)
(4)同学乙根据实验数据画出了图丙，从图线可知乙同学操作过程中可能________．[解析]　由图丙可知，图线不通过坐标原点，当F为某一值时，加速度为零，可知未平衡摩擦力或平衡摩擦力不足．[答案]　未平衡摩擦力或平衡摩擦力不足
规律方法　(1)小车质量改变后，无需重新平衡摩擦力．(2)用图像法处理数据的一般方法是先描点，然后用平滑的曲线把所描的点连接起来，连线时不要连成折线．本实验连线时要让直线通过尽量多的点，不在一条直线上的点要均匀分布在直线的两侧．这样做的目的是减小实验中的偶然误差，类似用求平均值的方法来减小误差．
[跟进训练]2．某同学利用如图甲所示的实验装置，探究小车的加速度和它所受拉力F的关系．(1)除备有4个50 g钩码外，另有下列实验器材备选：A．质量为300 g的小车B．质量为2 kg的小车C．输出电压为4～6 V的直流电源D．输出电压为4～6 V的交流电源为保证实验成功，选用的实验小车应为____________，电源应为____________(选填字母代号).
[解析]　当m≪M时，即钩码的总质量m远远小于小车和砝码的总质量M时，绳子的拉力近似等于钩码的总重力，由题意可知，选用的实验小车应为质量为2 kg的小车，即选B；电源应为输出电压4～6 V的交流电源，即选D.[答案]　B　D
(2)某同学正确选择实验器材后，通过实验得到如图乙所示的a-F图像，造成图线未过坐标原点的原因是______________________．[解析]　由图乙可知，a-F图像不过原点，在a轴上有截距，即F＝0时有加速度，这是由于在平衡摩擦力时，木板被垫得太高，木板倾角过大，平衡摩擦力过度造成的．[答案]　平衡摩擦力时，木板倾角过大
学习效果·随堂评估自测
1．(2022·广东韶关高一期末)图甲为某同学“探究加速度与力、质量的关系”的实验装置示意图，电火花计时器打点的时间间隔用T表示，小车的加速度可由小车后面拖动的纸带上打出的点计算得出，完成以下小题：
(1)电火花计时器使用________V(选填“6”或“220”)的________(选填“交流”或“直流”)电源．[解析]　电火花计时器使用220 V交流电源．[答案]　220　交流　
(2)实验之前需要平衡摩擦力，平衡摩擦力的方法如下：将木板的右端垫高，让小车在木板上运动，直到小车可以做________(选填“匀速”或“加速”)运动时为止．[解析]　实验之前需要平衡摩擦力，平衡摩擦力的方法如下：将木板的右端垫高，让小车在木板上运动，直到小车可以做匀速运动时为止．[答案]　匀速　
(3)实验时，应在释放纸带________(选填“之前”或“之后”)接通电火花计时器的电源．[解析]　实验时，应在释放纸带之前接通电火花计时器的电源．[答案]　之前　(4)如图乙为该同学打出的一条纸带，纸带上有O、A、B、C、D、E和F等计数点，测得O到C的距离为s1，C到F的距离为s2，用s1、s2和T表示出小车的加速度a＝________．
2．在探究物体的加速度与合外力的关系实验中：某同学用图甲装置：保持小车(含车中重物)的质量M不变，细线下端悬挂槽码的总重力mg作为小车受到的合力F，用打点计时器测出小车运动的加速度a.甲　　　　　　　　乙
(1)关于实验操作，下列说法正确的是______________________．A．实验前应调节滑轮高度，使滑轮和小车间的细线与木板平行B．平衡摩擦力时，在细线的下端悬挂槽码，使小车在细线的拉力作用下能匀速下滑C．每次改变小车所受的拉力后都要重新平衡摩擦力[解析]　实验前应调节滑轮高度，使滑轮和小车间的细线与木板平行，故A正确；平衡摩擦力时，应不挂槽码，使小车拖着纸带能在木板上匀速下滑，故B错误；每次改变小车所受的拉力后都不需要重新平衡摩擦力，故C错误．故选A.[答案]　A　
(2)图乙中，出现A的原因_________________________________．图乙中，出现C的原因___________________________________．[解析]　图乙中A，当F＝0时，加速度不为零，可知出现A的原因是平衡摩擦力过度；图中C，当拉力等于一定值时小车才有加速度，则出现C的原因是平衡摩擦力不足或未平衡摩擦力．[答案]　平衡摩擦力过度　平衡摩擦力不足或未平衡摩擦力
3．如图所示为某同学所安装的“探究加速度与力、质量的定量关系”的实验装置，在图示状态下开始做实验，该同学的装置和操作中的主要错误是(至少写出三个错误)：(1)______________________________________________________.(2)______________________________________________________.(3)______________________________________________________.
[解析]　由题图可知，本实验存在以下错误：①长木板右端未垫高以平衡摩擦力(或没有平衡摩擦力)；②错用了直流电源(或应该用交流电)；③牵引小车的细线与板不平行；④开始实验时，小车离滑轮太近(或小车离打点计时器太远、牵引小车的细线太短).[答案]　见解析
4．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、G2两光电门时，光束被遮挡的时间Δt1、Δt2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，光电门间距为x，砝码的质量为m.回答下列问题．
(1)实验开始前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？[解析]　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，或数字计时器记录每一个光电门的光束被挡的时间Δt都相等．[答案]　见解析　
(2)若取M＝0.4 kg，改变m的值，进行多次实验，以下m的取值不符合条件的是________．A．m1＝5 g　B．m2＝15 gC．m3＝40 g D．m4＝400 g[解析]　应满足M≫m，故m4＝400 g不合适．[答案]　D
(3)在此实验中，需要测得每一个牵引力对应的加速度，则加速度的表达式为________(用Δt1、Δt2、D、x表示).
回归本节知识，自我完成以下问题：1．加速度与物体的受力和质量之间是什么关系？提示：加速度与物体的受力成正比，与物体的质量成反比．2．该实验中，滑块受的拉力是如何测量的？有什么条件？提示：在砝码的质量远小于滑块的质量时，认为砝码的重力等于滑块受的拉力．