物理学案导学与随堂笔记人教版必修1牛顿运动定律2实验探究加速度与力质量的关系

1、2实验：探究加速度与力、质量的关系知识内容探究加速度与力、质量的关系考试属性必考加试课时要求1.学会用“控制变量法”研究物理规律.2.通过实验测量加速度、力、质量，会作出aF、a的图象，能根据图象得出加速度与力、质量的关系.3.知道平衡摩擦力的方法，会对实验误差做初步分析.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、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，改变小桶内砂的质量，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.保持小桶中砂的质量不变，即保持作用力不变，改变研究对象即

2、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.3.要测的是：(1)小车与砝码的总质量M.(2)小车受的拉力F(小桶和桶内砂的总重力).(3)小车的加速度.三、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.按图1所示的装置把实验器材安装好.图13.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，用细线绕过定滑轮系在小车上，在小车上加放适量的砝码，用天平测出小桶和砂的质量m，并记录下来.先接通电源，再放开小车，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

3、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.次数123456小车的加速度a/(m·s2)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aF图象，从而得出a、F之间的关系.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，求出相应的加速度，并设计表格如下.根据实验结果画出小车运动的a图象，从而得出a、M之间的关系.次数123456小车的加速度a/(m·s2)小车质量M/kg/kg19.整理实验器材，结束实验.四、注意

4、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地分布在直线的两侧，但若遇到个别偏离较远的点可舍去.一、实验方案的设计及数据处理例1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.表一F/N1.002.003.00

5、4.00a/(m·s2)1.903.955.857.62表二/kg10.520.670.801.00a/(m·s2)1.532.102.493.10(1)在如图2所示的相应坐标系中，根据表一、表二所给数据作出图象.图2(2)在研究a与M的关系时，作了a图象，而没作aM图象，那么作a图象有何优点？答案(1)作出图象如图所示(2)aM图象是曲线，难以找出规律；a图象是直线，容易找出规律.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.(装置如图3所示).图3(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)拉力的测量当小桶和砂的质量远

6、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Fmg.(3)加速度的测量：逐差法.2.实验数据的处理方法图象法、“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，力F为横坐标，根据测量数据描点，然后作出图象，如图4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.图4(2)研究加速度a与质量M的关系如图5甲所示，因为aM图象是曲线，检查aM图象是不是双曲线，就能判断它们之间是不是反比例关系，但检查这条曲线是不是双曲线，相当困难.若a和M成反比，则a与必成正比.我们采取“化曲为直”的方法，以a为纵坐标，为横坐标，作出a图象，若a图象是一条直线，如图乙所示，

7、说明a与成正比，即a与M成反比.图5二、实验注意事项及误差分析例2某实验小组利用图6所示的装置探究加速度与力、质量的关系.图6(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(2)图7是甲、乙两同学根据实验数据画出的图象.图7形成图线甲的原因是_.形成图线乙的原因是_.答案(1)AD(2)长木板倾角过大未平衡摩擦力或平衡摩擦力不够解析(1)实验中细绳要与长木板保持

8、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需要再重新平衡摩擦力，D项正确.(2)图线甲中F0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平衡摩擦力不够.三、对实验方法的探究例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，线的另一端跨过定滑轮各挂一个小盘，盘里分别放有不同质量的砝码(图8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

9、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8由于两个小车初速度都是零，运动时间又相同，因为x，即xa，所以只要测出两小车位移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Gmg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GMg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

10、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.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9所示).打开

11、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9(2015·温州平阳期中)用如图10所示装置做“探究加速度与力、质量的关系”的实验.实验中小车及砝码的总质量为m1，钩码质量为m2，并用钩码所受的重力作为小车受到的合力，用纸带测出小车运动的加速度.图10(1)下列说法正确的是_.A.每次改变小车质量时，应重新平衡摩擦力B.实验时应先释放小车后接通电源C.本实验中m1应远大于m2D.在用图象探究加速度与质量关系时，应作a图象(2)平衡摩擦力的方法是_.(3)如图11，某同学得到以下两个实验图线a、b，其中描述加速度与

12、力的关系图线的是_.图11答案(1)CD(2)将木板没有定滑轮的一端垫高(3)a解析(1)假设木板倾角为，则有：Ffmgsin mgcos ，m约掉了，故不需要重新平衡摩擦力，故A错误；实验时应先接通电源后释放小车，故B错误；让小车及砝码的总质量m1远大于钩码的质量m2，因为：实际上绳子的拉力Fm1am2g，故应该是m2m1，而当m2不再远小于m1时a，随m2的增大小车的加速度逐渐增大且无限趋近于g，故C正确；Fm1a，所以：aF，当F一定时，a与成正比，故D正确.(2)平衡摩擦力只需将木板没有定滑轮的一端垫高，用重力的分力来平衡摩擦力即可.(3)由Fma可得，加速度与力成正比，故图象应为a.

13、课时作业一、单选题1.利用如图1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1A.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解析该实验采用的是控制变量法，即保持一个量不变，研究其他两个量之间的关系.在探究加速度与质量的关系

14、时，应保持拉力的大小不变，在探究加速度与力的关系时，应保持质量不变，最后归纳出加速度与力、质量的关系，A、B、C错误，D正确.2.在“探究加速度与力、质量的关系”实验中，为了消除打点计时器和木板对小车阻力的影响，关于该操作环节，下列四种装置图中正确的是()答案B解析依靠重力来平衡阻力，同时阻力包含纸带与打点计时器之间的摩擦力，故操作为：需要连上纸带，但是不能挂重物，把打点计时器所在的一端垫高.故B正确，A、C、D错误.二、非选择题3.(2015·浙江重点中学期末)物理学的科学研究方法较多，请将研究的对象与所采用的方法进行正确配对，填在相应的横线上.(填A、B、C、D)伽利略理想实验探

15、究加速度与力、质量的关系研究共点力的合成部分研究方法：A.比值定义法B.科学的类比推理法C.控制变量法D.等效替代法问：对应_，对应_，对应_.答案BCD解析伽利略理想实验，是通过推论和将理想斜面实验进行外推得出的.在探究加速度与力、质量三者关系的实验中，应用了控制变量法.研究共点力的合成的实验中，要求两次拉橡皮筋到同一点，因此采用的是“等效替代法”.4.(2015·温州市期末)如图2所示是某同学“研究加速度与力、质量的关系”的实验时已接通电源正要释放纸带时的情况，请你指出该同学在实验操作过程中的三个不正确的地方.图2(1)_；(2)_；(3)_.答案(1)打点计时器不应使用干电池(

16、2)调整滑轮使拉线水平(3)没有平衡摩擦力解析(1)该实验中电磁打点计时器是使用46 V的交流电源，电火花计时器是使用220 V的交流电源；不是直流电源.(2)应该调整滑轮使拉线水平.(3)在本实验中我们认为绳子的拉力等于小车所受的合外力，故在实验前首先要平衡摩擦力.5.(2016·杭州期末)在做“探究加速度与力、质量的关系”的实验时，采用如图3所示的实验装置，让重物通过轻绳拖动小车在长木板上做匀加速直线运动.其中小车质量用M表示，重物质量用m表示，加速度用a表示.图3(1)实验时需要将长木板的一端垫起适当的高度，这样做是为了消除_的影响，使小车所受合外力F等于绳对小车的拉力.(2)

17、实验中由于绳对小车的拉力_(选填“大于”“等于”或“小于”)重物所受的重力，会给实验带来系统误差.为减小此误差，实验中要对小车质量M和重物质量m进行选取，以下四组数据中最合理的一组是_.(填写相应序号)M200 g，m40 g、60 g、80 g、100 g、120 g、140 gM200 g，m30 g、35 g、40 g、45 g、50 g、55 gM400 g，m20 g、40 g、60 g、80 g、100 g、120 gM400 g，m10 g、15 g、20 g、25 g、30 g、35 g(3)实验中某同学先保持重物质量m不变，改变小车质量M，测出了相应的加速度a.为便于得到a与

18、M的关系，他采用图象法处理数据，你建议他作a与_的图象.答案(1)木板对小车的摩擦力(2)小于(3)解析(1)为了消除小车所受摩擦力对实验的影响，在实验中需将长木板一端适当垫高.(2)重物与小车一起加速运动，因此重物对小车的拉力小于重物的重力，只有mM时才可以认为绳对小车的拉力大小等于重物的重力，因此符合要求.(3)因a图象是一条过原点的直线，容易判断，故应作a与的图象.6.“探究加速度与力、质量的关系”的实验装置如图4甲所示.图4(1)在平衡小车与桌面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/s2.(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/N0.1960.