4.2实验：探究加速度与力、质量的关系课件2023-2024学年高中物理新人教版必修第一册师说

2．实验：探究加速度与力、质量的关系导学·掌握必备知识共研·突破关键能力精炼·落实学科素养核心素养定位科学思维利用控制变量法，设计不同实验方案，利用图像法分析论证得出结论的科学思维能力．科学探究用控制变量法探究加速度与力、质量的关系．科学态度与责任在获取和处理数据中，有严谨认真、实事求是的科学态度和科学求证的科学精神．导学·掌握必备知识一、实验思路1．实验装置将小车置于________上，通过滑轮与________相连．小车可以在槽码的牵引下运动．水平木板槽码

拉力不变质量质量二、物理量的测量1．质量的测量：用________测量．为了改变小车的质量，可以在小车中增减________的数量．天平砝码

之比

3．力的测量平衡小车受到的阻力后，小车受到的拉力________小车所受的合力，在槽码的质量比小车的质量________时，可认为小车所受的拉力近似等于槽码所受的________．等于小得多重力三、进行实验1．调试实验装置进行实验．2．加速度与力的关系：设计表格，把测得的同一个小车在不同拉力F作用下的加速度a填在表1中．表1：小车质量一定拉力F/N

加速度a/(m·s－2)

3.加速度与质量的关系：设计表格，把测得的不同质量的小车在相同拉力作用下的加速度a填在表2中．表2：小车所受的拉力一定质量M/kg

加速度a/(m·s－2)

四、数据分析1.加速度与力的关系(小车质量不变)以a为纵坐标、F为横坐标建立直角坐标系，根据表1中记录的数据作a­-F图像(如图所示)，找出规律，分析加速度a与拉力F的关系．

五、注意事项(1)平衡摩擦力时不要挂槽码，平衡摩擦力后，改变小车上所加重物的质量时不需要重新平衡摩擦力．(2)实验时要先接通电源，后释放小车．

目的是打更多的点(3)实验中必须满足小车和小车上所加重物的总质量远大于槽码的质量．(4)每次实验开始时，小车应尽量靠近打点计时器，且在小车到达滑轮前应按住小车．

以免损坏仪器(5)作图像时，要使尽可能多的点落在所作直线上，不在直线上的点应尽可能对称分布在所作直线的两侧，离直线较远的点应该舍去不予考虑．

目的是消除偶然误差

控制变量法控制变量法是指在研究和解决问题的过程中，对影响事物变化规律的独立因素加以人为控制，使其中只有一个因素按照特定的要求发生变化，而其他因素保持不变，以利于寻找事物发展变化的规律的方法．

1测量加速度转换成测位移

2

细绳的拉力等于槽码的重力吗？什么情况下细绳的拉力即小车所受的合外力可以近似等于槽码的重力？不等于，因为槽码向下加速运动，所以细绳的拉力小于槽码的重力．当槽码的质量远小于小车的质量时，细绳的拉力近似等于槽码的重力，即小车受到的合外力近似等于槽码的重力，故实验中必须满足小车和砝码的总质量远大于槽码的质量．3平衡摩擦力(1)为何平衡摩擦力？为了让细绳拉小车的力等于小车所受的合外力，即T＝F合．(2)如何平衡摩擦力？不挂槽码时，将长木板倾斜一定角度θ，让小车所受的滑动摩擦力与重力沿长木板方向的分力平衡，即Mgsinθ＝μMgcosθ.

共研·突破关键能力目标一实验过程与操作【归纳】1．本实验用到的物理方法2.两个重要条件：(1)平衡摩擦力；(2)m≪M.实验操作方法控制变量法数据处理方法图像法——化曲为直3．平衡摩擦力应注意以下几点(1)不挂槽码．(2)垫高长木板远离滑轮的一端．(3)连好纸带后接通打点计时器，调节倾角，当纸带上打出的点迹均匀分布时，说明已经平衡了摩擦力．【典例】例1在研究作用力F一定时，小车的加速度a与小车(含砝码)质量M的关系的实验中，某同学安装的实验装置和设计的实验步骤如下：A．用天平称出小车和槽码的质量B．按图示安装好实验器材C．把细绳系在小车上并绕过定滑轮悬挂槽码D．将电磁打点计时器接在6V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．保持槽码的质量不变，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关系图像，并由图像确定a与M的关系(1)请改正实验装置图中的错误．①电磁打点计时器位置_________；②小车位置________________；③滑轮位置__________________．(2)该同学漏掉的重要实验步骤是_________________，该步骤应排在步骤________之后．(3)在上述步骤中，有错误的是步骤____，应把________________改为_____________．(4)在上述步骤中，处理不恰当的是步骤____，应把____________改为____________．应靠右端应靠近打点计时器应使细绳平行于木板平衡小车受到的阻力BD6V电压的蓄电池8V的交流电源G作a-M关系图像

例2在探究加速度与力、质量的关系活动中，某小组设计了如图所示的实验装置．图中上下两层水平轨道表面光滑，两小车前端系上细线，细线跨过滑轮并挂上砝码盘，两小车尾部细线连到控制装置上，实验时通过控制装置使两小车同时开始运动，然后同时停止．(1)在安装实验装置时，应调整滑轮的高度，使____________________；在实验时，为减小系统误差，应使砝码盘和砝码的总质量________(选填“远大于”“远小于”或“等于”)小车的质量．(2)本实验通过比较两小车的位移来比较小车加速度的大小，能这样比较，是因为______________________________________________．细线与轨道平行(或水平)远小于两小车从静止开始做匀加速直线运动，且两小车的运动时间相等

【典例】例3在探究加速度与力、质量的关系实验中，采用如图甲所示的装置．

AC没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不足

例4某组同学设计了“探究加速度a与物体所受合力F及质量m的关系”实验．如图甲为实验装置简图，A为小车，B为电火花计时器，C为槽码，D为一端带有定滑轮的长木板，实验中认为细绳对小车拉力F等于槽码的总重力，小车运动的加速度a可用纸带上打出的点求得．(1)某次实验时，测得小车和小车上的槽码总质量为800g，则槽码的总质量较为合理的是(

)A．50g

B．500gC．5kg

D．50kg(2)如图乙为某次实验得到的纸带，已知实验所用电源的频率为50Hz.根据纸带可求出电火花计时器打B点时的速度为________m/s，小车的加速度大小为________m/s2.(结果均保留两位小数)A1.631.72

(3)在“探究加速度a与质量m的关系”时，某同学按照自己的方案将实验数据都在坐标系中进行了标注，但尚未完成图像(如图丙所示)．请继续帮助该同学作出坐标系中的图像．(4)在“探究加速度a与合力F的关系”时，该同学根据实验数据作出了加速度a与合力F的图线如图丁所示，图线不通过坐标原点的原因是______________________________.没有平衡摩擦力或者平衡摩擦力不够解析：(3)根据描点法作出图像，如图所示(4)图线不通过坐标原点，F不为零时，加速度仍为零，知实验前没有平衡摩擦力或者平衡摩擦力不够．目标三实验创新【归纳】1．【典例】例5如图所示是某同学探究加速度与力的关系的实验装置．他在气垫导轨上安装了一个光电门B，滑块上固定一遮光条，滑块用细线绕过气垫导轨左端的定滑轮与力传感器相连，力传感器下方悬挂槽码，每次滑块都从A处由静止释放．(1)该同学用游标卡尺测量遮光条的宽度d.(2)实验时，将滑块从A位置由静止释放，由数字计时器读出遮光条通过光电门B的时间t，若要得到滑块的加速度，还需要测量的物理量是_____________________________(用文字表述)．滑块通过光电门的速度为________(用已知量表示)．(3)下列实验操作和要求必要的是________(请填写选项前对应的字母)．A．应将气垫导轨调节水平B．应测出槽码和力传感器的总质量C．应使A位置与光电门B间的距离适当大些D．应使滑块质量远大于槽码和力传感器的总质量遮光条在A处时与光电门B的水平距离

AC解析：(3)A对：实验前应将气垫导轨调节水平．B错：滑块受到的拉力可以由力传感器测出，实验不需要测出槽码和力传感器的总质量．C对：为减小实验误差，应使A位置与光电门B间的距离适当大些．D错：滑块受到的拉力可以由力传感器测出，不需要使滑块质量远大于槽码和力传感器的总质量．例6在探究加速度与力、质量关系的实验中，某同学设计了如图甲所示的实验装置．力传感器可测出轻绳中的拉力大小．(1)实验中为探究加速度与力的关系，一定要进行的操作是________．A．为减小误差，实验中一定要保证砂和砂桶的质量远小于小车的质量B．用天平测出砂和砂桶的质量C．将带滑轮的长木板右端垫高，以平衡小车受到的阻力D．小车靠近打点计时器，先接通电源，再释放小车，打出一条纸带，同时记录力传感器的示数CD解析：(1)本题拉力可以由力传感器测出，不需要用天平测出砂和砂桶的质量，也就不需要使小桶(包括砂)的质量远小于车的总质量，故A、B项错误；该题是力传感器测出的拉力，表示小车受到的合外力，故需要将带滑轮的长木板右端垫高，以平衡小车受到的阻力，故C项正确；小车靠近打点计时器，先接通电源，再释放小车，打出一条纸带，同时记录力传感器的示数，故D项正确．(2)在正确操作的前提下，该同学在实验中得到如图乙所示的一条纸带(两计数点间还有四个点没有画出)．已知打点计时器采用的是频率为50Hz的交流电，根据该纸带，可求打计数点2时小车的速度大小v2＝______m/s，小车的加速度为______m/s2(结果保留三位有效数字)．0.4112.00

精炼·落实学科素养1.如图所示是“探究加速度与力、质量的关系”实验装置：(1)如图是实验时平衡摩擦力的情形，其中正确的是________(选填字母)．B解析：(1)平衡摩擦力时，小车要在无拉力的情况下进行，不需要挂槽码，让小车拖着纸带匀速下滑，故选项B最恰当．

C

平衡摩擦力法控制变量法近似法图像法化曲为直法

3．某同学“探究加速度与物体所受合力的关系”的实验装置如图所示，图中A是质量为m1的小车，连接在小车后面的纸带穿过打点计时器B，它们均置于水平放置的一端带有定滑轮的固定长木板上，P(砂桶和砂)的质量为m2，C为弹簧测力计，实验时改变P的质量，读出弹簧测力计的示数F，不计轻绳与滑轮、滑轮与轮轴的摩擦和滑轮的质量．(1)为了减小实验误差，下列做法正确的是________．A.先释放小车，后接通打点计时器的电源B．该实验拉小车的轻绳不需要与木板平行C．该实验砂桶和砂的总质量不需要远小于小车的质量D．滑轮摩擦要足够小，绳的质量要足够小CD解析：(1)A错：实验时应先接通打点计时器的电源再放开小车，使纸带上打出足够多的点．B错：为保证小车所受合力恰好是轻绳的拉力，轻绳必须与木板平行．C、D对：本实验中弹簧测力计的示数即为轻绳的拉力，不需要用砂和砂桶的总重力代替轻绳拉力，所以不需要保证砂和砂桶的总质量远小于小车的质量，但滑轮摩擦和轻绳的重力会影响示数，所以滑轮摩擦要足够小、绳的质量要足够小．(2)如图是实验过程中得到的一条纸带，O、A、B、C、D为选取的计数点，相邻的两个计数点之间还有四个点没有画出，各计数点到O点的距离分别为：8.00cm、17.99cm、30.00cm、44.01cm，若打点计时器的打点频率为50Hz，则由该纸带可知小车的加速度大小为________m/s2(结果保留三位有效数字)．

2.01