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一、实验装置的改进 在精确地探究加速度与物体的质量及其受力的大小之间的关系 时,把滑块放到气垫导轨上的目的是减小滑块所受的摩擦力.
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二、加速度与力的定量关系 在质量保持不变时,物体的加速度与所受的合外力成正比,加速度 的方向与合外力的方向相同.
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图 (a )
图 (b )
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(1)根据该同学的结果,小车的加速度与钩码的质量成 (选填“线性”或“非线性”)关系。 (2)由图(b)可知,a-m图线不经过原点,可能的原因是 。 (3)若利用本实验装置来验证“在小车质量不变的情况下,小车的 加速度与作用力成正比”的结论,并直接以钩码所受重力mg作为 小车受到的合外力,则实验中应采取的改进措施 是 ,钩码的质量应满足的条件 是 。 答案:(1)非线性 (2)存在摩擦力 (3)调节轨道的倾斜度以平衡 摩擦力 远小于小车的质量
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思路分析:正确理解加速度a与合外力F及加速度a与物体质量 的关系,熟悉本实验的原理和过程是解决问题的关键. 解析:本实验是利用控制变量法得到a、F二者的关系,A、C所述 符合实验的思路和数据分析,故应选A、C. 答案:AC
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第三节 探究加速度与力、 质量的定量关系
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学 习 目 标 重 点 难 点
1.掌握定量探究加速度与物体受到的合外力、物体质量 关系的方法,并能实际操作、处理实验数据,能根据实验 数据总结实验结论. 2.了解气垫导轨减小摩擦的原理和光电门及数字计时 器在实验中的作用. 3.会利用图象分析、发现实验规律. 重点:1.怎样测量物体的加速度. 2.怎样提供和测量物体所受的力. 难点:1.选器材,设计方案,进行实验. 2.作出图象,得出结论.
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某同学利用图(a)所示实验装置及数字化信息系统获得了小车加 速度a与钩码的质量m的对应关系图,如图(b)所示。实验中小车 (含发射器)的质量为200 g,实验时选择了不可伸长的轻质细绳 和 回答下列问题. 轻定滑轮。小车的加速度由位移传感器及与之相连的计算机得到。
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(多选)采用如图(a)所示的装置探究“加速度与力的 定量关系”实验后,甲同学根据实验数据画出的小车的加速度a和 小车所受拉力F的图象为图(b)中的直线Ⅰ,乙同学画出的a-F图象 为图(b)中的直线Ⅱ.直线Ⅰ、Ⅱ在纵轴或横轴上的截距较大,明显超出 了误差范围,下面给出了关于形成这种情况原因的四种解释,其中 可能正确的是( )
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二、加速度与质量的定量关系
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5.(1)设计表格,如下表所示.
次数 1 项目 a/(m·s-2 )
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/ kg-1 m
(2)建立坐标系如图所示.
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如果对实验数据进行处理时,得到a-m图象,能否通过a-m图象得 到加速度a与物体质量m的定量关系? 提示:当外力不变时,加速度a随着物体质量的增大而减小,是反比 例关系,故a-m图象不容易得到a与m的定量关系.
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【例1】 (多选)在用实验探究加速度和力的关系时,下列关于实验 的思路和数据分析,正确的是( ) A.实验的基本思想是保持物体的质量不变,测量物体在不同力作用 下的加速度,分析加速度与力的关系 B.实验的基本思想是保持物体所受力相同,测量质量不同的物体在 该力作用下的加速度,分析加速度与质量的关系 C.在处理实验数据时,以a为纵坐标,F为横坐标,根据数据在坐标 系中描点,若这些点在一条过原点的直线上,说明a与F成正比 D.在处理实验数据时,以a为纵坐标,m为横坐标,根据数据在坐标 系中描点,若这些点在一条过原点的直线上,说明a与m成正比
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【例 2】 若测得某一物体受力 F 一定时,a 与 m 的关系数据如下 表所示:
a/(m·s-2
) m/kg 2.00 1.50 1.25 1.00
2.04 2.66 3.23 3.98
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如何应用数字计时器测物体的加速度?
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一、加速度与力的定量关系
(一)实验原理 采用控制变量法.当研究三个物理量之间的关系时,先让其中一个 量保持不变,研究另外两个量之间的关系,最后总结三个量之间的 相互关系. 1.保持物体的质量不变,研究加速度与物体受到的合外力之间的 关系. 2.保持物体受到的合外力不变,研究加速度与物体的质量之间的 关系. (二)实验器材 气垫导轨(附有标尺、滑轮、滑块、挡光板、光电门和数字计时 器等);托盘;砝码;带小钩的细绳;橡皮泥;天平等.
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5.(1)设计表格,如下表所示.
次数 1 项目 F/N a/(m·s-2 )
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(2)建立坐标系如图所示.
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在探究加速度与力的定量关系实验中,利用气垫导轨进行实验是 否需要先平衡摩擦力? 提示:不需要.
(a )
(b )
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A.实验前甲同学没有平衡摩擦力 B.甲同学在平衡摩擦力时,把长木板的始端抬得过高了 C.实验前乙同学没有平衡摩擦力 D.乙同学在平衡摩擦力时,把长木板的始端抬得过高了 答案:BC 解析:采用小车在长木板上的运动来探究“加速度与力的定量”的关 系,应当消除摩擦力这个干扰因素,所以实验时应把长木板始端垫 高.直线Ⅰ在纵轴上有较大截距,说明绳子对小车没有拉力(还没有加 重物)时小车已经有了加速度,原因是甲同学在平衡摩擦力时,把长 木板的始端抬得过高.直线Ⅱ在横轴上有较大截距说明绳子对小车 的拉力大到某一个值的时候小车才开始运动,原因是乙同学在实 验前没有平衡摩擦力或把长木板的始端抬得不够高.