5.2探究加速度与力、质量的关系学案(沪科版必修1)

1、学案2探究加速度与力、质量的关系学习目标定位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丄图像.3.通过实验探究加速度与力、质量的定量关系.m知识诸备区湼故追本溯源推陈方可知新一、 实验器材小车、砝码、小桶、砂、细线、一端附有定滑轮的长木板、垫木、打点计时器、学生电源、_纸带、刻度尺、天平.二、 实验原理实验的基本思想一一控制变量法1.保持研究对象即小车的质量不变，改变小桶内砂的质量，即改变作用力，测岀小车的对应加速度，验证加速度是否正比于作用力.2.保持小桶中砂的质量不变，即保持作用力不变，改变研究对象的质量,测出对应不同质量的加速度，验证加速度是

2、否反比于质量1.三个物理量的测量方法近似法本实验的研究对象：放在长木板上的小车在拉力的作用下做匀加速直线运动.(装置如图 1所示).(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.拉力的测量当小桶和砂的质量远小于小车的质量时，可以认为小桶和砂的重力近似等于对小车的拉力，即 F mg.(3)加速度的测量：逐差法.2.实验数据的处理方法 一一图像法、“化曲为直”法(1)研究加速度 a 和力 F 的关系研究加速度 a 与物体质量 m 的关系如图 3 甲所示，因为 a-m 图像是曲线，检查 am 图像是不是双曲线，就能判断它们之间1a 和 m 成反比，则 a 与一二、实验步骤1.

3、用天平测出小车的质量 M，并把数值记录下来.2. 按图 4 所示的装置把实验器材安装好.纸带接雌图 43. 平衡摩擦力：在长木板不带定滑轮的一端下面垫一木块，多次移动木块位置，直到轻推 小车，使小车在斜面上运动时可保持匀速直线运动为止.4.在小桶里放入适量的砂，在小车上加放适量的砝码，用天平测出小桶和砂的质量m,并 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.5.保持小车的质量不变，改变砂和小桶的质量，按步骤4 再做 5 次实验.6. 在每条纸带上选取一段比较理想的部分， 算出每条纸带对应的加速度的值并记录在表格 的相应位置.以加速度 a 为纵坐标，以力 F 为横坐标,

4、根据测量数据描点，然后作出图像，如图2 所示,若图像是一条通过原点的直线能说明a 与 F 成正比.是不是反比例关系，但检查这条曲线是不是双曲线，相当困难若必成正比我们采取“化曲为直”的方法，以a为纵坐标，以 m 为横坐标，作出a-m 图像，若 a-丄图像是一条直线，如图乙所示，说明a 与成正比，即 a 与 m 成反比.乙釦丨 III次数123456小车加速度 a/(m s-2)砂和小桶的质量m/kg拉力 F/N7用纵坐标表示加速度，横坐标表示作用力，根据实验结果画出小车运动的a-F 图像，从而得出 a - F 的关系.&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，求出相应的加速度

5、，并设计表格如下根据实验结果画出小车运动的a-1图像，从而得出 a- M 的关系.M次数i23456小车加速度 a/(m s-2)小车质量 M/kg1-1M/kg9整理实验器材，结束实验.三、注意事项1.实验中应先接通电源后释放小车.2 在平衡摩擦力时，不要悬挂小桶，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改变砂的质量过程中，要始终保证砂桶(包括砂)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分布在直线的 两侧，但若遇到个别偏离较远的点可舍去.K

6、典例精析图 5(1)下列做法正确的是 _ (填字母代号).A .调节滑轮的高度，使牵引木块的细绳与长木板保持平行B .在调节木板倾斜度平衡木块受到的滑动摩擦力时，将装有砝码的砝码桶通过定滑轮拴在 木块上C.实验时，先放开木块再接通打点计时器的电源D 通过增减木块上的砝码改变质量时，不需要重新调节木板倾斜度例某实验小组利用图1码5 所示的装置探究加速度与力、质量的关系.紙带带滑轮的隹木扳打点计时器滑轮(2)图 6 是甲、乙两同学根据实验数据画出的图像.形成图线甲的原因是_ 形成图线乙的原因是_ 解析(1)实验中细绳要与长木板保持平行，A 项正确；平衡摩擦力时不能将装有砝码的砝码桶通过细绳绕过滑轮

7、拴在木块上，这样无法平衡摩擦力，B 项错误；实验时应先接通打点计时器的电源再放开木块，C 项错误；平衡摩擦力后，改变木块上的砝码的质量后不再需要重新平衡摩擦力，D 项正确.(2)图线甲中 F = 0 时，木块就有了加速度， 可见是长木板倾角过大.图线乙中，有了拉力时，加速度仍为 0，说明未平衡摩擦力或长木板倾角过小.答案(1)AD (2)长木板倾角过大未平衡摩擦力或长木板倾角过小自我衣佥;则区捡测学习效果炼验咸功快乐为了探究加速度与力的关系，使用如图 7 所示的气垫导轨装置进行实验其中 Gi、G2为两 个光电门，它们与数字计时器相连， 当滑行器通过 Gi、G2光电门时，光束被遮挡的时间 虫1、

8、b 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 s,牵引砝码的质量为 m.回答下列问题：图 7(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，如何判定调节是否到位？(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 mi= 5 gB 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&2、D、s表示)答案(1)见解析D (3)a =- 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At 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