人教版必修第一册 第四章 2实验探究加速度与力质量的关系 学案

2实验:探究加速度与力、质量的关系［定位•学习目标］.经历探究加速度与力、质量的关系的设计过程,能够依据要求进行实验设计,学会选择合理的实验方案进行探究实验。.经历用图像处理数据的过程,从图像中发现物理规律，培养学生收集信息、获取证据的能力。.经历实验操作和测量的过程,知道如何平衡摩擦力、减小系统误差等操作方法，体会探究过程的科学性和严谨性，培养与人合作、学会分享的团队精神。一、实验目的.学会用控制变量法探索物理规律。.探究加速度与力、质量的关系。二、实验原理实验的基本思想一一控制变量法⑴加速度与力的关系:保持小车质量不变，通过改变槽码的个数改变小车所受拉力。测得不同拉力下小车运动的加速度,找出加速度与拉力的关系。⑵加速度与质量的关系：保持小车所受的拉力不变,通过在小车上增加重物改变小车的质量。测得不同质量的小车在这个拉力下运动的加速度,找出加速度与质量的关系。三、实验器材答案：(1)见解析(2)D(3)a-室小车、祛码、槽码、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。四、实验步骤.用天平测出小车的质量M,并把数值记录下来。.按如图所示把实验器材安装好,纸带穿过打点计时器连在小车上（小车上先不系绳）。.阻力补偿:在长木板不带定滑轮的一端下面垫一垫木,反复移动垫木位置，接通打点计时器电源,轻推小车,直到小车拖动纸带能在斜面上做匀速直线运动为止（纸带上相邻点间距相等）。.细绳一端挂槽码,另一端绕过定滑轮系在小车上,接通电源,放开小车,在小车碰到定滑轮前停住小车,关闭打点计时器电源,取下纸带，并标上号码,据此计算出小车的加速度。.保持小车（含祛码）的质量不变,改变所挂槽码的总质量,重复步骤4,多做几次实验,记录所挂槽码的总重力mg,iihg、…，并填入表1中。表1次数123456小车加速度a/（m•s-2）槽码的质量m/kg拉力F/N.保持槽码的质量不变,在小车上加放祛码,重复步骤4,多做几次实验，记录小车和祛码的总质量此、M2、…，并填入表2中。表2次数123456小车加速度a/（m•s-2）小车（含祛码）质量M/kg的屋.在每条纸带上选取一段比较理想的部分,利用逐差法计算出每条纸带对应的加速度的值，填入相应表格中。.整理实验器材,结束实验。五、数据处理.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图像（如图所示），找出规律,分析a与F的关系。.由表2中记录的数据,分别以a为纵坐标、M和白为横坐标,根据数据作图像和a.白图像（如图所示），分析a与M的关系。.实验结论。⑴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、误差分析

内产生原因减小方法容偶质量测量不准、计数点间距测量不准多次测量求平均值然小车所受拉力测量不(1)准确补偿阻力；误准(2)使细绳和纸带平行于木板差作图不准使尽可能多的点落在直线上或均匀分布在直线两侧,误差较大的点舍去系统槽码受到的总重力代使槽码的总质量远小于小车(含祛码)误替小车所受的拉力的质量差七、注意事项.调节滑轮的高度，使牵引小车的细绳与长木板保持平行。.补偿阻力时不要挂重物,整个实验补偿阻力后,不管以后是改变槽码的个数,还是改变小车及祛码的质量,都不需要重新补偿阻力。.实验中必须满足小车和眩码的总质量远大于槽码的总质量。只有如此,所挂槽码受到的总重力才可视为与小车受到的拉力相等。.作图像时,要使尽可能多的点在所作直线上,不在直线上的点应尽可能对称分布在所作直线两侧。离直线较远的点是错误数据,可舍去。.小车释放时应靠近打点计时器,且先接通电源再放开小车。要点一实验原理与操作［例1］用如图所示的装置可以完成“探究加速度与力、质量的关系”的实验。⑴打点计时器使用的电源是（填选项前的字母）。A.直流电源B.交变电源（2）实验中，需要平衡摩擦力和其他阻力。正确操作方法是（填选项前的字母）。A.把长木板右端垫高B.改变小车的质量⑶在（填选项前的字母）且计时器打点的情况下,轻推一下小车,若小车拖着纸带做匀速运动,表明已经消除了摩擦力和其他阻力的影响。A.不悬挂槽码B.悬挂槽码（4）实验中，为了保证悬挂槽码所受重力近似等于使小车做匀加速运动的拉力，悬挂槽码的总质量m与小车（含祛码）质量M之间应满足的条件是（填选项前字母）。A.M»mB.m»M解析：（1）打点计时器需要交变电源,故选B。⑵平衡摩擦力和其他阻力的方法是把长木板右端垫高，用小车所受重力沿木板的分力来平衡摩擦力和阻力，故选Ao⑶不悬挂槽码,轻推一下小车,若小车拖着纸带做匀速运动,表明已经消除了摩擦力和其他阻力的影响。⑷为了保证悬挂槽码所受重力近似等于使小车做匀加速运动的拉力,悬挂槽码的总质量m与小车（含祛码）质量M之间应满足的条件是M»m。答案：(1)B(2)A(3)A(4)A［即时训练］用如图所示的装置探究在拉力F一定时，小车的加速度a与小车(含祛码)质量m的关系。某同学设计的实验步骤如下：A.用天平称出小车和小桶及内部所装沙子的质量B.将打点计时器固定在长木板上,并用纸带穿过打点计时器连接小车C.把轻绳系在小车上并绕过定滑轮连接在小桶上D.将电磁打点计时器接在电压为6V的蓄电池上,启动打点计时器，放开小车,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.保持小桶及桶内沙子的质量不变，增加小车上的祛码个数,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.作图像,并由图像确定a与m的关系(1)该同学漏掉的一个重要实验步骤是，该步骤应排在步骤之后O⑵在上述步骤中,有错误的是步骤,应把改为。⑶在上述步骤中，处理不恰当的是步骤,应把改为。解析：(1)在做实验前首先应该补偿阻力,此过程应排在把轻绳系在小车上并绕过定滑轮连接小桶之前，即C之前。(2)电磁打点计时器接在电压为6V的蓄电池上将无法工作，必须接在8V的交变电源上。⑶作a-m图像,得到的是曲线,很难进行正确的判断,必须“化曲为直”，改作a,图像。m答案：(1)补偿阻力C(2)D6V的蓄电池8V的交变电源(3)G图像a」■图像m要点二实验数据与误差分析［例2］某同学设计了一个“探究加速度a与物体所受合力F及物体质量m的关系”的实验,如图甲所示为实验装置简图(交流电源的频率为50Hz)o⑴图乙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/s2o(结果保留2位有效数字)⑵保持沙和沙桶的质量不变,改变小车质量m,分别得到小车加速度a与质量m及对应的二数据如下表。m序号小车加速度a/(m•s-2)小车质量m/kg》kgT11.900.254.0021.720.293.4531.490.333.0341.250.402.5051.000.502.0060.750.711.4170.501.001.0080.301.670.60请在图丙所示的坐标纸中画出a,图线，由图线可得小车的加速度am与质量的倒数三之间的关系式为。m⑶保持小车的质量不变,改变沙和沙桶的质量,该同学根据实验数据作出了加速度a随合力F变化的图线,如图丁所示。该图线不通过原点，其主要原因是。解析：(1)在连续相等的时间间隔内，从纸带上可得到四段位移，因此可以用逐差法计算加速度。已知Xi=6.19cm,x2=6.70cm,x3=7.21cm,x4=7.72cm,电火花计时器的计时周期T/=0.02s,由逐差法可得X3-x尸2al•(2T)2,x「X2=2&•(2T),则。见约金山马登I』.2位。22x2x(2T)2⑵在a」坐标系中描点连线，得a,图线如图所示，由图线可知,其斜mm率为"贝！J22m⑶由a-F图线可知,F增大到某一值时小车才开始有加速度,说明实验前没有补偿阻力或者补偿阻力不足。答案：(1)3.2(2)图见解析aqL2m(3)实验前没有补偿阻力或者补偿阻力不足实验误差分析(1)若平衡阻力时,木板垫起的倾角过小,则a_F,图像如图甲、乙①②所示。(2)若平衡阻力时•，木板垫起的倾角过大，则a_F,a_^图像如图甲、乙M③④所示。(3)若实验中没有满足M远大于叫则a_F,图像如图丙、丁所示。(M为小车质量,m为所挂重物质量)要点三实验拓展与创新［例3］为了探究加速度与力的关系，使用下图所示的气垫导轨装置进行实验。其中G、Gz为两个光电门，它们与数字计时器相连，当滑块通过Gi、Gz光电门时,光束被遮挡的时间△ti、At2都可以被测量并记录,滑块连同上面固定的挡光片的总质量为M,挡光片宽度为D,光电门间距离为x,牵引钩码的质量为m。请回答下列问题。(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？。⑵若取M=0.4kg,改变m的值,进行多次实验，以下m的取