34探究a与FM的关系

172019届高三物理一轮复习导学案三、牛顿运动定律（4）【课题】实验：探究物体的加速度a与所受合外力F、物体质量之间的关系。【导学目标】1．通过实验研究加速度与力、加速度与质量的关系。2．掌握实验数据处理的方法，能根据图像写出加速度与力、质量的关系式。【实验原理】1．如图所示装置，保持小车质量M不变，改变小桶内砂的质量m，从而改变细线对小车的牵引力F(当mM时，F=mg近似成立)，测出小车的对应加速度a，由多组a、F数据作出加速度和力的关系a-F图线，探究加速度与外力的关系。2．保持小桶和砂的质量不变，在小车上加减砝码，改变小车的质量M，测出小车的对应加速度a，由多组a、M数据作出加速度和质量倒数的关系a-M-1图线，探究加速度与质量的关系。【实验器材】小车，砝码，小桶，砂，细线，附有定滑轮的长木板，垫块，打点计时器，低压交流电源，导线两根，纸带，托盘天平及砝码，米尺。【实验步骤】1．用调整好的天平测出小车和小桶的质量M和m，把数据记录下来。2．按如图装置把实验器材安装好，只是不把挂小桶用的细线系在小车上，即不给小车加牵引力。3．平衡摩擦力：在长木板的不带定滑轮的一端下面垫上垫块，反复移动垫块的位置，直至小车在斜面上运动时可以保持匀速直线运动状态（可以从纸带上打的点是否均匀来判断）。4．在小车上加放砝码，小桶里放入适量的砂，把砝码和砂的质量M'和m'记录下来。把细线系在小车上并绕过滑轮悬挂小桶，接通电源，放开小车，打点计时器在纸带上打下一系列点，取下纸带，在纸带上写上编号。5．保持小车的质量不变，改变砂的质量（要用天平称量），按步骤4再做5次实验。6．算出每条纸带对应的加速度的值。7．用纵坐标表示加速度a，横坐标表示作用力F，即砂和桶的总重力(m+m')g，根据实验结果在坐标平面上描出相应的点，作图线。探究加速度与外力的关系8．保持砂和小桶的质量不变，在小车上加放砝码，重复上面的实验，并做好记录，求出相应的加速度，用纵坐标表示加速度a，横坐标表示小车和车内砝码总质量的倒数1/（M+M’），在坐标平面上根据实验结果描出相应的点并作图线。探究加速度与质量的关系。18【典型剖析】[例1]（江苏省南京市2008届高三质量检测）某同学设计了一个探究加速度a与物体所受合力F及质量m关系的实验，图（a）为实验装置简图。（交流电的频率为50Hz）（1）图（b）为某次实验得到的纸带，根据纸带可求出小车的加速度大小为m/s2。（保留二位有效数字）（2）保持砂和砂桶质量不变，改变小车质量m，分别得到小车加速度a与质量m及对应的1/m，数据如下表：实验次数12345678小车加速度a/m·s—21.901.721.491.251.000.750.500.30小车质量m/kg0.250.290.330.400.500.711.001.671/1kgm4.003.453.032.502.001.411.000.60请在方格坐标纸中画出ma1图线，并从图线求出小车加速度a与质量倒数1/m之间的关系式是。（3）保持小车质量不变，改变砂和砂桶质量，该同学根据实验数据作出了加速度a随合力F的变化图线如图（c）所示。该图线不通过原点，其主要原因是。[例2]某活动小组欲探究光滑斜面上物体下滑的加速度与物体质量及斜面倾角是否有关系。实验室提供如下器材：A．表面光滑的长木板（长度L）；B．小车；C．质量为m的钩码若干个；D．方木块（备用于垫木板）；E．米尺；F．秒表。19（1）实验过程：第一步，在保持斜面倾角不变时，探究加速度与质量的关系。实验中，通过向小车放入钩码来改变物体质量，只要测出小车由斜面顶端滑至底端用时t，就可以由公式a=_____________求出a，某同学记录了数据如下表所示：根据以上信息，我们发现，在误差范围内质量改变之后平均下滑用时___________（填“改变”或“不改变”），经过分析你得出加速度和质量的关系为_________。第二步，在物体质量不变时，探究加速度与倾角的关系。实验中通过改变方木块垫放位置来调整长木板倾角，由于没有量角器，我们可以测量出木板顶端到水平面高度h，则倾角α的正弦值sinα=h/L。某同学记录下高度h和加速度a如下表：L(m)1.00h(m)0.100.200.300.400.50sinα=h/L0.100.200.300.400.50a(m/s2)0.9701.9502.9253.9104.900请先在坐标纸上建立适当的坐标轴后描点作图，然后根据你所作的图线求出当地的重力加速度g=____________。进一步分析可知，光滑斜面上物体下滑的加速度与倾角的关系为_____________________________。（2）该探究小组所采用的探究方法是_____________________________________。[例3]（镇江市2008届期初教学情况调查）某同学在“探究当外力一定时，加速度和质量的关系”的实验时．得到下表中的实验数据，(l）这位同学决定使用a一1/m图象来处理这些数据，而不用a一m图象来处理这些数据的原因是。(2）请作出a一1/m图象，根据作出的图象，可以得到的结论是。20【训练设计】1、像打点计时器一样，光电计时器也是一种研究物体运动情况的常用计时仪器，其结构如图所示，a、b分别是光电门的激光发射和接收装置，当有物体从a、b间通过时，光电计时器就可以显示物体的挡光时间。现利用图所示装置测量滑块和长lm左右的木块间的动摩擦因数，图中MN是水平桌面，Q是木板与桌面的接触点，1和2是固定在木板上适当位置的两个光电门，与之连接的两个光电计时器没有画出。此外在木板顶端的P点还悬挂着一个铅锤，让滑块从木板的顶端滑下，光电门l、2各自连接的计时器显示的挡光时间分别为5.0×10-2s和2.0×10-2s。用游标卡尺测量小滑块的宽度d，卡尺示数如图所示。（1）读出滑块的宽度d＝cm。（2）滑块通过光电门1的速度：v1=m/s，滑块通过光电门2的速度：v2=m/s．（3）若仅提供一把米尺，已知当地的重力加速度为g，为完成测量，除了研究v1、v2和两个光电门之间的距离L外，还需测量的物理量是（说明各量的物理意义，同时指明代表物理量的字母）．（4）用（3）中各量求解动摩擦因数的表达式μ=（用字母表示）。2、（徐州市2008届摸底考试）现要验证“当合外力一定时，物体运动的加速度与其质量成反比”这一物理规律。给定的器材如下：一倾角可以调节的长斜面（如图）、小车、计时器一个、米尺、天平、砝码、钩码若干。实验步骤如下（不考虑摩擦力的影响），在空格中填入适当的公式或文字（1）用天平测出小车的质量m（2）让小车自斜面上方一固定点A1从静止开始下滑到斜面底端A2，记下所用时间t。（3）用米尺测量A1与A2之间的距离s。则小车的加速度a＝。（4）用米尺测量A1相对于A2的高度h。则小车所受的合外力F＝。（5）在小车中加钩码，用天平测出此时小车与钩码的总质量m，同时改变h，使m与h的乘积不变。测出小车从A1静止开始下滑到斜面底端A2所需的时间t。请说出总质量与高度的乘积不变的原因______________________________。21（6）多次测量m和t，以m为横坐标，t2为纵坐标，根据实验数据作图。如能得到一条____________线，则可验证“当合外力一定时，物体运动的加速度与其质量成反比”这一规律。