（全国通用版）2018-2019高中物理 第四章 牛顿运动定律学案（打包12套）新人教版必修1.zip

11 牛顿第一定律[学习目标] 1.知道伽利略的理想实验及其推理过程，知道理想实验是科学研究的重要方法.2.理解牛顿第一定律的内容及意义.3.明确惯性的概念，会解释有关的惯性现象.一、理想实验的魅力1.亚里士多德认为：必须有力作用在物体上，物体才能运动；没有力的作用，物体就要静止在一个地方.2.伽利略的理想实验(1)斜面实验：让静止的小球从第一个斜面滚下，冲上第二个斜面，如果没有摩擦，小球将上升到原来释放时的高度.减小第二个斜面的倾角，小球滚动的距离增大，但所达到的高度相同.当第二个斜面放平，小球将永远运动下去.(2)推理结论：力不是(填“是”或“不是”)维持物体运动的原因.3.笛卡尔的观点：如果运动中的物体没有受到力的作用，它将继续以同一速度沿同一直线运动，既不停下来也不偏离原来的方向.二、牛顿物理学的基石——惯性定律1.牛顿第一定律：内容：一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态，除非作用在它上面的力迫使它改变这种状态.2.惯性：物体具有保持原来匀速直线运动状态或静止状态的性质叫惯性.牛顿第一定律也叫做惯性定律.三、惯性与质量描述物体惯性的物理量是它们的质量，质量是物体惯性大小的惟一量度.2判断下列说法的正误.(1)伽利略的理想实验是永远无法做到的.(√)(2)伽利略的理想实验说明了力是维持物体运动的原因.(×)(3)牛顿第一定律是由实验直接归纳总结得出的.(×)(4)由牛顿第一定律可知，当一个做匀加速直线运动的物体所受外力全部消失时，物体立刻静止.(×)(5)速度越大，物体的惯性越大.(×)(6)受力越大，物体的惯性越大.(×)一、对伽利略理想实验的理解伽利略的斜面实验的各个过程，哪些可以通过实验完成？哪些是推理得出的？答案 小球从斜面上滚下，可以滚上另一斜面，是实验事实，可以通过实验完成，其余各个结论是由推理得出的，不可以用实验完成.1.伽利略的理想实验推论：一切运动着的物体在没有受到外力的时候，它的速度将保持不变，并且一直运动下去.2.理想实验的意义：伽利略理想实验是以可靠的实验事实为基础，经过抽象思维，抓住主要因素，忽略次要因素，从而更深刻地揭示了自然规律.伽利略的研究方法的核心是把实验和逻辑推理相结合.例 1 理想实验有时更能深刻地反映自然规律.如图 1 所示，伽利略设想了一个理想实验，其中有一个是实验事实，其余是推论.图 1①减小第二个斜面的倾角，小球在这一斜面上仍然要达到原来的高度；②两个斜面对接，让静止的小球沿一个斜面滚下，小球将滚上另一个斜面；③如果没有摩擦，小球将上升到原来释放的高度；④继续减小第二个斜面的倾角，最后使它成为水平面，小球将沿水平面做持续的匀速运动.(1)请将上述理想实验的设想步骤按照正确的顺序排列：____________(填写序号即可).3(2)在上述的设想步骤中，有的属于可靠的事实，有的则是理想化的推论.下列关于事实和推论的分类正确的是( )A.①是事实，②③④是推论B.②是事实，①③④是推论C.③是事实，①②④是推论D.④是事实，①②③是推论答案 (1)②③①④ (2)B解析 步骤②是理想实验的实验基础，属于可靠的事实，在此基础上利用推理，先得到小球不受阻力作用将上升到原来释放时的高度的推论，再设想减小第二个斜面的倾角直至第二个斜面成为水平面时，得到小球将匀速运动的推论.所以正确的排列顺序是②③①④，正确的分类是②是事实，①③④是推论.【考点】伽利略的理想实验【题点】伽利略的理想实验二、对牛顿第一定律的理解(1)日常生活中，我们有这样的经验：马拉车，车就前进，停止用力，车就停下来，是否有力作用在物体上物体才能运动呢？马不拉车时，车为什么会停下来呢？(2)如果没有摩擦阻力，也不受其他任何力的作用，水平面上运动的物体的运动状态会改变吗？答案 (1)不是.因为受到阻力的作用.(2)如果没有摩擦阻力，也不受其他任何力的作用，水平面上运动的物体将保持这个速度沿直线永远运动下去.1.运动状态改变即速度发生变化，有三种情况：(1)速度的方向不变，大小改变.(2)速度的大小不变，方向改变.(3)速度的大小和方向同时发生改变.2.对牛顿第一定律的理解(1)定性说明了力和运动的关系：①力是改变物体运动状态的原因，或者说力是产生加速度的原因，而不是维持物体运动状态的原因.②物体不受外力时的运动状态：匀速直线运动状态或静止状态.(2)揭示了一切物体都具有的一种固有属性——惯性.因此牛顿第一定律也叫惯性定律.4例 2 关于牛顿第一定律，下列说法中错误的是( )A.牛顿第一定律反映了物体不受外力作用时的运动规律B.牛顿第一定律就是惯性C.不受外力作用时，物体的运动状态保持不变是由于物体具有惯性D.物体的运动状态发生变化时，物体必定受到外力的作用答案 B解析 牛顿第一定律有三层含义：不受力时物体将保持静止状态或匀速直线运动状态，这是由于一切物体都具有惯性；受到力的作用物体的运动状态就要发生变化，从而揭示出力是改变物体运动状态的原因；指出了物体在不受力时的运动状态，故选项 A、C、D 正确；牛顿第一定律并不是惯性，惯性是物体的一种性质，而牛顿第一定律是物体的运动规律，两者是不同的概念，不可混为一谈，选项 B 错误.【考点】牛顿第一定律【题点】牛顿第一定律的理解牛顿第一定律描述了物体不受外力作用时的状态——总保持原来的匀速直线运动状态或静止状态，同时揭示了力和运动的关系——力不是维持物体运动的原因，而是改变物体运动状态的原因.分析此类问题时要注意牛顿第一定律与惯性的区别.针对训练 1 关于牛顿第一定律的下列说法中，正确的是( )A.牛顿第一定律是以伽利略的理想实验为基础的，因此可用实验来直接验证B.牛顿第一定律中提出的物体不受外力作用的条件是不可能达到的，所以这条定律可能是错误的C.牛顿第一定律实际上是伽利略一个人的研究成果D.牛顿第一定律是在大量实验事实的基础上，通过进一步推理而概括总结出来的答案 D【考点】牛顿第一定律【题点】牛顿第一定律的理解三、惯性的理解和应用(1)自行车比赛中，高速行进的自行车受到障碍物阻碍，人会向哪倒地？这是什么原因造成的？(2)“同一物体在地球上的重力比在月球上大，所以物体在地球上的惯性比在月球上的大” ，这种说法对吗？为什么？答案 (1)向前.这是因为人具有惯性.5(2)不对.惯性只与质量大小有关，与地理位置无关.虽然物体在地球上的重力比在月球上大，但物体的质量不变，即惯性不变.1.惯性是物体的固有属性，一切物体都具有惯性.2.物体惯性的大小由质量决定，与物体的运动状态无关，与是否受力无关，与物体的速度大小无关.3.惯性的表现(1)在不受力的条件下，惯性表现出“保持”原来的运动状态，有“惰性”的意思.(2)在受力的条件下，惯性表现为运动状态改变的难易程度.质量越大，惯性越大，运动状态越难以改变.例 3 关于物体的惯性，以下说法中正确的是( )A.物体的运动速度越大，物体越难停下来，说明运动速度大的物体惯性大B.汽车突然减速时，车上的人向前倾，拐弯时人会往外甩，而汽车匀速前进时，车上的人感觉平稳，说明突然减速和拐弯时人有惯性，匀速运动时没有惯性C.在同样大小的力的作用下，运动状态越难改变的物体，其惯性一定越大D.在长直水平轨道上匀速运动的火车上，门窗紧闭的车厢内有一人向上跳起后，发现落回原处，这是因为人跳起后，车继续向前运动，人落下后必定向后偏些，但因时间太短，偏后距离太小，不明显而已答案 C解析 物体的惯性大小只由质量决定，与物体的速度大小无关，A 错误；一切物体均有惯性，不论物体处于加速、减速还是匀速运动状态，B 错误；同样大小的力作用于物体上，运动状态越难改变，说明物体保持原来运动状态的本领越大，惯性也越大，所以 C 正确；人向上跳起后，人在水平方向不受外力作用，由于惯性，人在水平方向的速度不变，与车速相同，因此仍落在车厢内原处，D 错误.【考点】惯性【题点】对惯性的理解针对训练 2 关于物体的惯性，下列有关说法正确的是( )A.物体抵抗运动状态变化的性质是惯性B.已知月球上的重力加速度是地球上的 ，故一个物体从地球移到月球惯性减小为原来的16 16C.同一物体运动越快越难停止运动，说明物体的速度越大，其惯性越大D.由于巨轮惯性很大，施力于巨轮，经过很长一段时间后惯性变小答案 A6解析 惯性是指物体具有保持原来匀速直线运动状态或静止状态的性质，所以物体抵抗运动状态变化的性质是惯性，其大小和物体的质量有关系，与物体的运动状态及是否受力无关，A 正确，C、D 错误；在月球上和在地球上，重力加速度的大小不一样，所受的重力大小也就不一样了，但质量不变，惯性也不变，B 错误.【考点】惯性【题点】对惯性的理解1.(伽利略的理想实验)理想实验是科学研究中的一种重要方法，它把可靠的事实和合理的推论结合起来，可以深刻地揭示自然规律.关于伽利略的理想实验，下列说法正确的是( )A.只要接触面“相当光滑” ，物体在水平面上就能匀速运动下去B.这个实验实际上是永远无法做到的C.利用气垫导轨，就能使实验成功D.要使物体运动就必须有力的作用，没有力的作用物体就静止答案 B解析 理想实验在实际情况下是永远不能实现的，其条件永远是理想化的，选项 B 正确；即使接触面“相当光滑” ，也不会达到没有摩擦力的程度，选项 A 错误；利用气垫导轨当然也不能实现“理想”的条件，仍然存在一定的阻力，只不过阻力很小而已，选项 C 错误；力是改变物体运动状态的原因，并不是维持物体运动状态的原因，选项 D 错误.【考点】伽利略的理想实验【题点】伽利略的理想实验2.(物体运动状态的改变)(多选)下列过程中，力改变物体运动状态的是( )A.把橡皮泥捏成不同造型B.进站的火车受阻力缓缓停下C.苹果受重力竖直下落D.用力把铅球推出答案 BCD解析 把橡皮泥捏成不同造型，橡皮泥的形状发生变化，属于力改变物体的形状，故 A 不符合题意；进站的火车受阻力缓缓停下，速度在减小，属于力改变物体的运动状态，故 B 符合题意；苹果受重力竖直下落，苹果在重力作用下，速度越来越快，属于力改变物体的运动状态，故 C 符合题意；用力把铅球推出，铅球在重力作用下，运动速度和运动方向都在发生改变，属于力改变物体的运动状态，故 D 符合题意.【考点】牛顿第一定律7【题点】对“运动状态的改变”的理解3.(牛顿第一定律的理解)关于牛顿第一定律，下列说法正确的是( )A.力是维持物体运动的原因，没有力的物体将保持静止，比如自行车B.物体的速度不断增大，表示物体必受力的作用C.物体如果向正北方向运动，其所受外力方向必须指向正北D.不受力的物体将保持静止或匀速直线运动状态，而受力的物体运动状态一定改变答案 B解析 根据牛顿第一定律的内容可以判断力是改变物体运动状态的原因，不受力的物体将保持静止或匀速直线运动状态，故 A 错误，B 正确；若物体向正北方向做匀速直线运动，则物体不受力或所受合外力为零，C 错误；物体受到力的作用，若合外力为 0，则物体也可以保持运动状态不变，故 D 错误.【考点】牛顿第一定律【题点】牛顿第一定律的理解4.(对惯性的理解)物体具有保持原来匀速直线运动状态或静止状态的性质称为惯性.下列有关惯性的说法中，正确的是( )A.乘坐汽车时系好安全带可减小惯性B.运动员跑得越快惯性越大C.宇宙飞船在太空中也有惯性D.汽车在刹车时才有惯性答案 C解析 乘坐汽车时系好安全带，不是可以减小惯性，而是在紧急刹车时可以防止人由于惯性飞离座椅，所以 A 错误；质量是物体惯性大小的惟一量度，与物体的速度的大小无关，所以B、D 错误；一切物体都有惯性，在太空中宇宙飞船的质量是不变的，所以其惯性也不变，所以 C 正确.【考点】惯性【题点】对惯性的理解5.(惯性的应用)对于一些实际生活中的现象，某同学试图从惯性角度加以解释，其中正确的是( )A.采用了大功率的发动机后，某些一级方程式赛车的速度甚至能超过某些老式螺旋桨飞机的速度，这表明：可以通过科学进步使小质量的物体获得大惯性B.“强弩之末，势不能穿鲁缟” ，这表明强弩的惯性减小了C.货运列车运行到不同的车站时，经常要摘下或加挂一些车厢，这会改变它的惯性D.自行车转弯时，车手一方面要适当的控制速度，另一方面要将身体稍微向里倾斜，这是为了通过调控人和车的惯性达到安全行驶的目的8答案 C解析 惯性是物体的固有属性，大小只与物体的质量有关，质量越大，惯性越大，与其它任何因素均无关，故 A、B 错误；摘下或加挂一些车厢，改变了质量，从而改变了惯性，故 C正确；人和车的质量不变，则其惯性不变，故 D 错误.【考点】惯性【题点】惯性的应用与防止选择题考点一 伽利略的理想实验及物理学史1.(多选)科学家关于物体运动的研究对树立正确的自然观具有重要作用.下列说法符合历史事实的是( )A.亚里士多德认为，必须有力作用在物体上，物体的运动状态才会改变B.伽利略通过“理想实验”得出结论：一旦物体具有一定的速度，如果它不受力，它将以这一速度永远运动下去C.笛卡儿指出：如果运动中的物体没有受到力的作用，它将继续以同一速度沿同一直线运动，既不停下来也不偏离原来的方向D.牛顿认为，物体具有保持原来匀速直线运动状态或静止状态的性质答案 BCD解析 亚里士多德认为物体的运动需要力来维持，A 错误；伽利略通过“理想实验”得出：一旦物体具有某一速度，如果它不受力，它将以这一速度永远运动下去，B 正确；笛卡儿指出：如果运动中的物体没有受到力的作用，它将继续以同一速度沿同一直线运动，既不停下来也不偏离原来的方向，C 正确；由牛顿第一定律知，D 正确.【考点】对运动与力的关系认识的物理学史【题点】对运动与力的关系认识的物理学史2.(多选)关于伽利略的理想实验的叙述中正确的是( )A.这个实验是凭空想象的B.这个实验虽然是想象的，但它得出的结论是可靠的C.理想实验是一种科学方法D.理想实验是一个纯思维实验，其正确性应接受实践的检验答案 BC解析 伽利略的理想实验虽然是假想的，但是实验方法却是科学的，结果也是可靠的，故选B、C.【考点】伽利略的理想实验9【题点】伽利略的理想实验考点二 对牛顿第一定律的理解3.(多选)下列关于牛顿第一定律的说法中正确的是( )A.物体保持静止状态，它所受合外力一定为零B.物体所受合外力为零时，它一定处于静止状态C.物体处于匀速直线运动状态时，它所受的合外力可能是零，也可能不是零D.物体所受合外力为零时，它可能做匀速直线运动，也可能是静止的答案 AD解析 物体处于静止状态或匀速直线运动状态时，它受到的合外力一定为零，A 正确，C 错误；所受合外力为零时，物体可能处于静止状态或匀速直线运动状态，B 错误，D 正确.【考点】牛顿第一定律【题点】牛顿第一定律的理解4.如图 1 所示，在一辆表面光滑的小车上，有质量分别为 m1、 m2的两个小球随车一起匀速运动，当车突然停止时，如不考虑其他阻力，设车足够长，则( )图 1A.若 m1m2，则两个小球一定相碰D.两个小球一定不相碰答案 D解析 小车表面光滑，因此两小球在水平方向上没有受到外力的作用.原来两个小球与小车具有相同的速度，当车突然停止运动时，由于惯性，两个小球的速度不变，所以不会相碰(与质量大小无关)，故 D 正确.【考点】牛顿第一定律【题点】牛顿第一定律的应用5.如图 2 所示，一个劈形物体 A，各面均光滑，放在固定的斜面上， A 的上表面水平，在 A的上表面上放一光滑的小球 B，劈形物体 A 从静止开始释放，则小球在碰到斜面前的运动轨迹是( )图 210A.沿斜面向下的直线B.竖直向下的直线C.无规则曲线D.抛物线答案 B解析 小球原来静止时受重力和支持力作用，其合力为零.当劈形物体 A 由静止释放， A 应沿斜面下滑，故 B 也将运动，运动状态就要发生改变，但由于惯性，小球原来速度为零，而小球又光滑，除竖直方向可以有力外，其他方向上不受力，因为力是使物体运动状态改变的原因，故小球只能在竖直方向上运动，在碰到斜面之前，运动轨迹应为一条直线，即竖直向下的直线，故选 B.【考点】牛顿第一定律【题点】牛顿第一定律的应用考点三 惯性的理解与应用6.下列关于惯性的说法正确的是( )A.质量越大，物体的惯性越大B.物体的运动状态改变了，则惯性大小随之变化C.惯性是物体在匀速直线运动或静止时才表现出来的性质D.由于子弹的速度越大，其杀伤力就越大，所以子弹的惯性大小与其速度大小有关答案 A解析 物体在任何状态下均有惯性，并且物体的惯性大小只与质量有关，和物体的速度无关，A 正确，B、C、D 错误.【考点】惯性【题点】对惯性的理解7.对下列现象解释正确的是( )A.在一定拉力作用下，车沿水平面匀速前进，没有这个拉力，小车就会停下来，所以力是维持物体运动的原因B.向上抛出的物体由于惯性，所以向上运动，以后由于重力作用，惯性变小，所以速度也越来越小C.急刹车时，车上的乘客由于惯性一样大，所以都会向前倾倒D.质量大的物体运动状态不容易改变是由于物体的质量越大，惯性就越大答案 D解析 在一定拉力作用下，车沿水平面匀速前进，说明拉力与摩擦力平衡，没有这个拉力，小车就会逐渐停下来，是由于受到摩擦力作用，故 A 错误；惯性大小的唯一量度是质量，与速度大小无关，质量越大，惯性越大，运动状态越难改变，故 B 错误，D 正确；急刹车时，11车上的乘客由于惯性，所以都会向前倾倒，但惯性的大小与质量有关，不同的乘客质量不一定相等，故惯性不一定同样大，故 C 错误.【考点】惯性【题点】对惯性的理解8.(多选)小轩很喜欢爸爸新买的数码照相机，在旅途中拍下了直线行驶的火车内桌面上塑料杯不同瞬间的状态，如图 3 中的甲、乙、丙所示.则下列关于火车运动状态的判断可能正确的是( )图 3A.甲图中火车在匀速运动，乙图中火车突然向左加速，丙图中火车突然向左减速B.甲图中火车在匀速运动，乙图中火车突然向右加速，丙图中火车突然向左加速C.甲图中火车在匀速运动，乙图中火车突然向右减速，丙图中火车突然向右加速D.甲图中火车在匀速运动，乙图中火车突然向左加速，丙图中火车突然向右减速答案 AC解析 题图甲中，塑料杯相对于桌面的位置没有发生改变，因此它们的运动状态是相同的，说明此时在匀速运动，题图乙中，塑料杯向右倾倒，说明火车突然向左加速(或向右减速)，因为，火车突然向左加速时，塑料杯的下部由于摩擦也随着加速，而上部由于惯性仍保持原来的运动状态，所以才会向右倾倒，火车向右减速时的情形也可用类似的方法解释；题图丙中，塑料杯向左倾倒，说明火车突然向左减速(或向右加速)，因为，火车突然向左减速时，塑料杯的下部由于摩擦也随着减速，而上部由于惯性仍保持原来的运动状态，所以才会向左倾倒，火车向右加速时的情形也可用类似的方法解释.所以，题图甲中火车在匀速运动，题图乙中火车突然向左加速(或向右减速)，题图丙中火车突然向左减速(或向右加速)，选项A、C 正确.【考点】惯性【题点】惯性的应用与防止12 实验：探究加速度与力、质量的关系[学习目标] 1.学会用控制变量法研究物理规律.2.会测量加速度、力和质量，能作出物体运动的 a－ F、 a－ 图象.3.会通过实验探究加速度与力、质量的定量关系.1m一、实验器材小车、砝码、砝码盘、细绳、一端附有定滑轮的长木板、垫木、打点计时器、交流电源、纸带、刻度尺、天平.二、实验原理实验的基本思想——控制变量法(1)保持研究对象即小车的质量不变，改变砝码盘内砝码的质量，即改变作用力，测出小车的对应加速度，验证加速度是否正比于作用力.(2)保持砝码盘中砝码的质量不变，即保持作用力不变，改变研究对象即小车的质量，测出对应不同质量的加速度，验证加速度是否反比于质量.三、实验方案的设计1.三个物理量的测量方法——近似法本实验的研究对象：小车 (装置如图 1 所示).2图 1(1)小车质量的测量：利用天平测出，在小车上增减砝码可改变小车的质量.(2)拉力的测量：当砝码盘和砝码的总质量远小于小车质量的情况下，可以认为砝码盘和砝码的总重力近似等于小车所受的拉力(合外力).(3)加速度的测量：由纸带根据公式 Δ x＝ aT2，结合逐差法计算出小车的加速度.2.实验数据的处理方法——图象法、 “化曲为直”法图 2(1)研究加速度 a 和力 F 的关系以加速度 a 为纵坐标，力 F 为横坐标，根据测量数据描点，然后作出图象，如图 2 所示，若图象是一条通过原点的直线，就能说明 a 与 F 成正比.(2)研究加速度 a 与质量 m 的关系如图 3 所示，因为 a－ m 图象是曲线，检查 a－ m 图象是不是双曲线，就能判断它们之间是不是成反比关系，但检查这条曲线是不是双曲线，相当困难.若 a 和 m 成反比，则 a 与 必成正1m比.我们采取“化曲为直”的方法，以 a 为纵坐标，以 为横坐标，作出 a－ 图象，若 a－1m 1m图象是一条过原点的直线，说明 a 与 成正比，即 a 与 m 成反比.1m 1m图 3四、实验步骤1.用天平测出小车的质量 M，并把数值记录下来.2.按如图 4 所示的装置把实验器材安装好(小车上先不系绳).图 43.平衡摩擦力：在长木板不带定滑轮的一端下面垫一木块，反复移动木块位置，直到轻推小车在斜面上运动时可保持匀速直线运动为止(纸带上相邻点间距相等).34.在砝码盘里放入适量的砝码，用细绳绕过定滑轮系在小车上，在小车上加放适量的砝码，用天平测出砝码盘和砝码的质量 m，记录下来.接通电源，放开小车，待打点计时器在纸带上打好点后取下纸带，并设计表格如下.表 1次数 1 2 3 4 5 6小车加速度 a/(m·s－2 )砝码盘和砝码的质量 m/kg拉力 F/N5.保持小车的质量不变，改变砝码和砝码盘的质量，按步骤 4 再做 5 次实验.6.用公式 Δ x＝ aT2或 a＝ 求得小车的加速度 a，并记录到表格中.2xT27.保持砝码和砝码盘的质量不变，在小车上加放砝码，重复上面的实验，求出相应的加速度，把数据记录到下面的表格中.表 2次数 1 2 3 4 5 6小车加速度 a/(m·s－2 )小车质量 M/kg/kg－11M8.整理实验器材，结束实验.五、数据处理1.由表 1 中记录的数据，以 a 为纵坐标、 F 为横坐标，根据数据作 a－ F 图象(如图 5 所示)，找出规律，分析 a 与 F 的关系.图 52.由 表 2 中 记 录 的 数 据 ， 分 别 以 a 为 纵 坐 标 、 M 和 为 横 坐 标 ， 根 据 数 据 作 a－ M 图 象 和 a－1M图象(如图 6 所示)，分析 a 与 M 的关系.1M4图 63.实验结论(1)保持物体质量不变时，物体的加速度 a 与所受力 F 成正比.(2)在力 F 不变时，物体的加速度 a 与质量 M 成反比.六、注意事项1.打点前小车应靠近打点计时器且应先接通电源后释放小车.2.在平衡摩擦力时，不要(填“要”或“不要”)悬挂砝码盘，但小车应连着纸带且接通电源.用手轻轻地给小车一个初速度，如果在纸带上打出的点的间隔均匀，表明小车受到的阻力跟它受到的重力沿斜面向下的分力平衡.3.改变砝码的质量的过程中，要始终保证砝码和砝码盘的质量远小于小车的质量.4.作图时应使所作的直线通过尽可能多的点，不在直线上的点也要尽可能的对称分布在直线的两侧，但若遇到个别偏离较远的点可舍去.一、实验原理与实验操作例 1 (1)用如图 7 所示的装置研究在作用力 F 一定时，小车的加速度 a 与小车(含砝码)质量 M 的关系，甲同学设计的实验步骤如下：图 7A.用天平称出小车和小桶及内部所装砂子的质量B.按图装好实验器材C.把轻绳系在小车上并绕过定滑轮悬挂小桶D.将电磁打点计时器接在 6 V 电压的蓄电池上，接通电源，释放小车，打点计时器在纸带上打下一系列点，并在纸带上标明小车质量E.保持小桶及其中砂子的质量不变，增加小车上的砝码个数，并记录每次增加后的 M 值，重复上述实验F.分析每条纸带，测量并计算出加速度的值G.作 a－ M 关系图象，并由图象确定 a 与 M 的关系5①甲同学漏掉的重要实验步骤是________，该步骤应排在步骤________之后.②在上述步骤中，有错误的是步骤________，应把____________改为____________.③在上述步骤中，处理不恰当的是步骤________，应把________改为________.(2)乙同学根据实验要求安装的实验装置如图 8(图为已接通电源刚要释放纸带的情况)，请改正乙同学的五个错误.图 8①电源________；②电磁打点计时器位置________；③滑轮位置________；④小车位置________；⑤长木板________.答案 (1)①平衡摩擦力 B ②D 6 V 电压的蓄电池 6 V 以下的交流电源 ③G a－ M 图象 a－ 图象1M(2)①应用 6 V 以下的交流电源 ②应靠右端 ③应使细绳平行于木板 ④应靠近打点计时器 ⑤应垫高右端以平衡摩擦力解析 (1)实验中把小桶及其中砂子的重力之和看成与小车所受拉力大小相等，没有考虑摩擦力，故必须平衡摩擦力且应排在步骤 B 之后.电磁打点计时器接在 6 V 电压的蓄电池上将无法工作，必须接在 6 V 以下交流电源上.作 a－ M 关系图象，得到的是曲线，很难进行正确的判断，必须“化曲为直” ，改作 a－ 关系图象.1M(2)电磁打点计时器应使用低压(6 V 以下)交流电源，且要固定在长木板无滑轮的一端，即应靠右端；释放小车时，小车应靠近打点计时器；连接小车的细绳应平行于木板，故应调节滑轮位置使细绳平行于木板；实验时应平衡摩擦力，使小车所受重力沿木板方向的分力与小车所受摩擦力平衡，故应垫高长木板右端以平衡摩擦力.【考点】实验：探究加速度与力、质量的关系【题点】实验条件控制及操作规范二、实验数据处理例 2 在“探究加速度与力、质量的关系”实验中，某次实验测得如下数据：当 m 一定时，a 与 F 的关系如表一所示；当 F 一定时， a 与 的关系如表二所示.1m6表一F/N 1.00 2.00 3.00 4.00a/(m·s－2 ) 1.90 3.95 5.85 7.62表二/kg－11m0.52 0.67 0.80 1.00a/(m·s－2 ) 1.53 2.10 2.49 3.10(1)在如图 9 所示的相应坐标系中，根据表一、表二所给数据作出图象.图 9(2)由图象可以判定：当 m 一定时， a 与 F 的关系成________；当 F 一定时， a 与 m 的关系成________.(3)在研究 a 与 m 的关系时，作了 a－ 图象，而没作 a－ m 图象，那么作 a－ 图象的优点是1m 1m________________________________.答案 (1)如图所示(2)正比 反比(3)a－ m 图象是曲线，难以找出规律； a－ 图象是直线，容易找出规律1m【考点】实验：探究加速度与力、质量的关系【题点】实验的数据处理三、创新实验设计例 3 两个相同的小车并排放在光滑水平桌面上，小车前端系上细线，线的另一端跨过定7滑轮各挂一个小盘，盘里分别放有不同质量的砝码(图 10 甲).小车所受的水平拉力 F 的大小可以认为等于砝码(包括砝码盘)所受的重力大小.小车后端也系有细线，用一只夹子夹住两根细线(图乙)，控制两辆小车同时开始运动和结束运动.图 10由于两个小车初速度都是零，运动时间又相同，因为 x＝ ，即 x∝ a，所以只要测出两小at22车位移 x 之比就等于测出它们的加速度 a 之比.实验结果是：当两小车质量相同时，________________________；当拉力 F 相等时，________________________.实验中用砝码(包括砝码盘)所受的重力 G＝ mg 的大小作为小车所受拉力 F 的大小，这样做会引起实验误差，为了减小这个误差， G 与小车所受重力 Mg 之间需要满足的关系是：______.答案 加速度与拉力成正比 加速度与质量成反比G≪Mg解析 实验过程中，当两小车质量相同时，砝码(包括砝码盘)重力越大，相同时间内位移越大，则加速度越大，进行实验时会发现，加速度与所受拉力成正比；若砝码重力不变，即拉力 不 变 时 ， 质 量 越 大 的 小 车 ， 相 同 时 间 内 位 移 越 小 ， 即 加 速 度 越 小 ， 进 行 测 量 分 析 知 ， 加 速度 与 质 量 成 反 比 .如 果 砝 码 (包 括 砝 码 盘 )的 重 力 G 远 小 于 小 车 的 重 力 Mg 时 ， G 近 似 等 于 拉 力 F.【考点】实验：探究加速度与力、质量的关系【题点】 “探究加速度与力、质量的关系”的创新实验1.控制变量法：当研究多个物理量的变化规律时，为了简便，可设计保持其他物理量不变，只研究剩余两个变化物理量的关系，这种方法叫做控制变量法.两个相同的小车放在光滑水平面上，前端各系一条细绳，绳的另一端跨过定滑轮各挂一个小盘，盘中各放数目不等的砝码，就可以验证质量一定的条件下，加速度与力的关系.2.对比实验法：对比实验法在物理实验中经常用到.两小车后端各系一条细绳，一起被一个夹子夹着而使小车静止(如图 11 所示).打开夹子，两小车同时开始运动，关上夹子，两小车同时停下来.用刻度尺测出两小车通过的位移，位移之比就等于它们的加速度之比.图 1181.(实 验 原 理 )利 用 如 图 12 所 示 的 装 置 探 究 加 速 度 与 力 、 质 量 的 关 系 ， 下 列 说 法 中 正 确 的 是 ( )图 12A.保持小车所受拉力不变，只改变小车的质量，就可以探究加速度与力、质量的关系B.保持小车质量不变，只改变小车的拉力，就可以探究加速度与力、质量之间的关系C.先保持小车所受拉力不变，研究加速度与力的关系；再保持小车质量不变，研究加速度与质量的关系，最后归纳出加速度与力、质量的关系D.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，最后归纳出加速度与力、质量的关系答案 D【考点】实验：探究加速度与力、质量的关系【题点】实验的思想方法2.(实验原理)(多选)在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中，关于平衡摩擦力的说法中正确的是( )A.“平衡摩擦力”的本质就是使小车受到的摩擦力为零B.“平衡摩擦力”的本质就是使小车所受的重力沿斜面方向的分力与所受到的摩擦阻力相平衡C.“平衡摩擦力”的目的就是要使小车所受的合力等于所挂钩码通过细绳对小车施加的拉力D.“平衡摩擦力”是否成功，可由小车拖动由打点计时器打出的纸带上的点迹间距是否均匀而确定答案 BCD解析 小车所受的摩擦力不可避免，平衡摩擦力的本质就是使小车的重力沿斜面方向的分力与小车所受的摩擦阻力相平衡，A 错误，B 正确；其目的是使小车所受的合力等于细绳对小车的拉力，C 正确；恰好平衡摩擦力时，小车拖动纸带，不给小车提供拉力，给小车一个初速度，小车做匀速直线运动，由打点计时器打出的纸带点迹间距应该是均匀的，D 正确.【考点】实验：探究加速度与力、质量的关系【题点】平衡摩擦力3.(实验操作)在如图 13 所示的“探究加速度与力、质量的关系”的实验中，下列说法中错误的是( )9图 13A.应尽量保证小车的总质量远小于砝码和砝码盘的总质量B.应将木板右端适当垫高以平衡摩擦力C.应保证牵引小车的细线与木板平行D.应采用控制变量法分别研究加速度与质量及加速度与力的关系答案 A解析 “探究加速度与力、质量的关系”实验原理为，近似认为砝码及砝码盘的总重力为小车所受合力，所以需要平衡摩擦力，需要牵引小车的细线与木板平行，B、C 正确；实验中运用控制变量法研究各量间的关系，D 正确；应使砝码和砝码盘的总质量远小于小车的总质量，A 错误.【考点】实验：探究加速度与力、质量的关系【题点】实验的条件控制及操作规范4.(实验的数据处理)“探究加速度与力、质量的关系”的实验装置如图 14 甲所示.图 14(1)在平衡小车与长木板之间摩擦力的过程中，打出了一条纸带如图乙所示.计时器打点的时间间隔为 0.02 s，从比较清晰的点起，每 5 个点取一个计数点，测量并标出相邻计数点之间的距离.该小车的加速度 a＝________ m/s 2.(2)平衡摩擦力后，将 5 个相同的砝码都放在小车上.挂上砝码盘，然后每次从小车上取一个砝码添加到砝码盘中，测量小车的加速度.小车的加速度 a 与砝码盘中砝码总重力 F 的实验数据如下表：砝码盘中砝码总重力 F/N 0.196 0.392 0.588 0.784 0.980加速度 a/(m·s－2 ) 0.69 1.18 1.66 2.18 2.70请根据实验数据在图 15 所示坐标系中作出 a－ F 的关系图象.10图 15(3)根据提供的实验数据作出的 a－ F 图线不通过原点，主要原因是______________.答案 (1)0.16(2)见解析图(3)计算 F 时忘记加入砝码盘的重力解析 (1)由题意可知计数点间的时间间隔 T＝5 T0＝0.1 s.由题图乙可知 Δ x＝0.16 cm＝1.6×10 －3 m，由 Δ x＝ aT2可得 a＝0.16 m/s 2.(2)a－ F 图线如图所示.(3)平衡小车与长木板之间的摩擦力后， a－ F 图象仍不通过原点，是由于在计算 F 时忘记加入砝码盘的重力，使作出的图象向左平移.【考点】实验：探究加速度与力、质量的关系【题点】实验的数据处理5.(实验的误差分析)(多选)甲、乙、丙、丁四位同学在做“探究加速度与物体质量和合力的关系”的实验时(使用图 16 所示的装置)，设小车和车上砝码的总质量为 M，小盘及盘中砝码的总质量为 m，分别得出如图 17 中甲、乙、丙、丁四个图象，其中甲、乙、丙是 a－ F 图象，丁是 a－ 图象，则下列说法正确的是( )1M图 1611图 17A.甲和乙没有把握好实验条件 M 远大于 mB.丙和丁没有把握好实验条件 M 远大于 mC.甲中长木板的倾角太小，乙中长木板的倾角太大D.甲、乙、丙三位同学中，丙同学较好地完成了平衡摩擦力的操作答案 BCD解析 题图甲和乙都是直线，说明满足小车和车上砝码的总质量 M 远大于小盘及盘中砝码的总质量 m，而丙和丁没有把握好此条件，故图线出现弯曲，A 错误，B 正确；题图甲、乙、丙中只有题图丙经过原点，说明只有丙较好地完成了平衡摩擦力的操作，D 正确；题图甲中图线在横轴上有截距，即 F 为某一值时才开始有加速度，说明长木板倾角太小，没有很好地平衡摩擦力，而题图乙中图线在纵轴上有截距，说明长木板倾角太大，平衡摩擦力过度，C正确.【考点】实验：探究加速度与力、质量的关系【题点】实验的误差分析6.(创新实验)为了探究加速度与力的关系，使用如图 18 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光电门时，光束被遮挡的时间 Δ t1、Δ t2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，光电门间距离为 x，牵引砝码的质量为 m.回答下列问题：图 18(1)实验开始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，判定调节是否到位的方法是________________________________.(2)若取 M＝0.4 kg，改变 m 的值，进行多次实验，以下 m 的取值不合适的一个是_____.A.m1＝5 g B.m2＝15 gC.m3＝40 g D.m4＝400 g(3)在此实验中，需要测得每一个牵引力对应的加速度，其中求得的加速度 a 的表达式为：____________.(用 Δ t1、Δ t2、 D、 x 表示)答案 (1)见解析 (2)D (3) a＝ DΔ t22－  DΔ t122x解析 (1)取下牵引砝码，滑行器放在任意位置都不动，或取下牵引砝码，轻推滑行器，数字计时器记录每一个光电门的光束被遮挡的时间 Δ t 都相等.(2)本实验只有在满足 m≪M 的条件下，才可以用牵引砝码的重力近似等于对滑行器的拉力，12所以 D 是不合适的.(3)由于挡光片通过光电门的时间很短，所以可以认为挡光片通过光电门这段时间内的平均速度等于滑块的瞬时速度，即有 v1＝ ， v2＝ ，再根据运动学公式 v22－ v12＝2 ax 得：DΔ t1 DΔ t2a＝ . DΔ t22－  DΔ t122x【考点】实验：探究加速度与力、质量的关系【题点】 “探究加速度与力、质量的关系”的创新实验