沪科版必修一 第5章5.2探究加速度与力、质量的关系 学案.doc

5.2探究加速度与力、质量的关系学习目标重点难点1.知道加速度与力、质量的定性关系。2会用控制变量法探究加速度与力、质量的定量关系。3会利用纸带计算小车运动的加速度。4会利用图像分析加速度与力、质量的定量关系。重点：利用控制变量法探究加速度与力、质量的定量关系。难点：利用纸带计算小车运动的加速度；用图像分析加速度与力、质量的定量关系。一、加速度与力、质量的定性分析许多生活、生产经验表明，物体的加速度和受到的_及_都有关系，物体质量一定时，受力_，加速度_；物体受力一定时，质量_，加速度_。预习交流1我们骑自行车时，为什么载着重物与不载重物时启动快慢会不一样？二、探究a与f、m的定量关系本实验采用控制变量法，分三步进行：1在探究加速度与力的关系时，应保持物体的_不变，测量物体在_作用下的加速度，研究_的定量关系。2在探究加速度与物体质量的关系时，应保持物体_不变，测量不同质量的物体在_作用下的加速度，研究_的定量关系。3最后把以上两方面综合起来，得到a与_与_的定量关系。预习交流2本实验在处理实验数据时，为什么要采用图像法分析实验数据？答案：一、力质量越大越大越小越大预习交流1：答案：自行车的启动快慢是指自行车由静止开始加速到一定的速度时所用的时间长短，时间短说明启动快，加速度大；时间长说明启动慢，加速度小。启动自行车时，我们用的力可看成是一定的，载着重物与不载重物时相比车的质量大，加速度小，因而启动慢。二、1.质量不同力加速度与力2受的力同样力加速度与质量3fm预习交流2：答案：处理实验数据时，我们采用描点、作图像的方法，是为了直观、便于寻找结论，也能减小实验误差。在预习中还有哪些问题需要你在听课时加以关注？请在下列表格中做个备忘吧！我的学困点我的学疑点一、加速度与力、质量的关系1什么是“控制变量”法？2本实验的实验步骤是怎样的？在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中，下列做法和理由正确的是()。a实验中所用电源为低压直流电源b可以将装有砂子的小桶代替钩码，这样会使实验更加方便c实验结果不用a-m图像，而用a图像，是为了便于根据图像直观地作出判断d改变小车质量时，要重新平衡摩擦力误差分析1因实验原理不完善造成系统误差：本实验中用所挂重物的重力代替小车受到的拉力，实际上小车受到的拉力要小于所挂重物的重力，存在系统误差。所挂重物的质量越小于小车的质量，误差越小；反之误差越大。2因操作不够准确造成的偶然误差(1)质量的测量误差。(2)测量纸带上各点间的距离的误差(读数误差)。(3)绳或纸带与木板不平行造成的误差。(4)平衡摩擦力不准确造成的误差。平衡过度使小车合外力偏大，平衡不够使小车的合外力偏小，此时要注意匀速运动是恰好平衡摩擦力的标志。二、探究a与f、m的定量关系我们如何分析、处理得到的实验数据，找到加速度与力、质量的定量关系？(2010山东理综)某同学设计了如图所示的装置来探究加速度与力的关系。弹簧测力计固定在一合适的木板上，桌面的右边缘固定一支表面光滑的铅笔以代替定滑轮，细绳的两端分别与弹簧测力计的挂钩和矿泉水瓶连接。在桌面上画出两条平行线mn、pq，并测出间距d。开始时将木板置于mn处，现缓慢向瓶中加水，直到木板刚刚开始运动为止，记下弹簧测力计的示数f0，以此表示滑动摩擦力的大小。再将木板放回原处并按住，继续向瓶中加水后，记下弹簧测力计的示数f1，然后释放木板，并用秒表记下木板运动到pq处的时间t。(1)木板的加速度可以用d、t表示为a_；为了减小测量加速度的偶然误差可以采用的方法是(一种即可)_。(2)改变瓶中水的质量重复实验，确定加速度a与弹簧测力计示数f1的关系。下列图像能表示该同学实验结果的是_。(3)用加水的方法改变拉力的大小与挂钩码的方法相比，它的优点是_。a可以改变滑动摩擦力的大小b可以更方便地获取多组实验数据c可以比较精确地测出摩擦力的大小d可以获得更大的加速度以提高实验精度1.实验注意事项(1)平衡摩擦力时不要挂重物，整个实验平衡了摩擦力后，不管以后是改变盘和砝码的质量，还是改变小车及砝码的质量，都不需要重新平衡摩擦力。(2)实验中必须满足小车和砝码的总质量远大于小盘和砝码的总质量。只有如此，砝码和小盘的总重力才可视为与小车受到的拉力相等。(3)各纸带上的加速度a，都应是该纸带上的平均加速度。(4)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，可舍去不予考虑。(5)释放时小车应靠近打点计时器且先接通电源再放开小车。2在探究加速度与质量的关系时，为什么不作a-m图像，而是作a-图像的原因：在探究力一定，加速度与质量的关系时，如果描绘a-m图像，则a-m图像是一条弯曲的曲线，不能直观得出a与m的反比关系；作图像时以质量的倒数作为横轴物理量，作出a-图像，a-如果是一条过原点的直线，则能证明a与m的反比关系。这种“化曲为直”的思想可以简化问题。答案：活动与探究1：1.答案：(1)控制变量法是物理学上常用的研究方法，在研究三个物理量之间的关系时，先让其中一个物理量保持不变，研究另外两个物理量之间的关系，最后总结三个量之间的关系。(2)我们在研究加速度与物体所受合外力、物体质量之间的关系时就采用控制变量法，可以通过猜想、假设、分析得出物体加速度与所受合外力及物体的质量有关。采用控制变量法分析相关物理量之间的关系时，实验变得简单、清晰，便于操作。2答案：探究加速度与力、质量关系的实验步骤。(1)用天平测出小车和重物的质量分别为m0、m0，并把数值记录下来。(2)按图将实验器材安装好(小车上不系绳)。(3)平衡摩擦力，在木板无滑轮的一端下面垫一薄木板，反复移动其位置，直到打点计时器正常工作后不挂重物的小车在斜面上做匀速直线运动为止(纸带上相邻点间距相等)。(4)将砂桶通过细绳系在小车上，接通电源放开小车，用纸带记录小车的运动情况；取下纸带并在纸带上标上号码及此时所挂砂桶的重力m0g。(5)保持小车的质量不变，改变砂桶的重力，重复步骤4，多做几次实验，每次小车从同一位置释放，并记录好重物的重力m1g、m2g、，以及计算出相应纸带的加速度填入表格1。表格1物体的质量一定，加速度与受力的关系实验次数加速度a/(ms2)小车受力f/n12345(6)保持砂桶的质量不变，在小车上加放砝码，并测出小车与所放砝码的总质量m，接通电源，放开小车，用纸带记录小车的运动情况，取下纸带并在纸带上标上号码。(7)继续在小车上加放砝码，重复步骤6，多做几次实验，在每次得到的纸带上标上号码。(8)计算出每次实验所得纸带的加速度值及小车与砝码的总质量填入表格2。表格2物体受到的外力一定，加速度与质量的关系实验次数加速度a/(ms2)小车与砝码总质量m/kg小车与砝码总质量的倒数/kg112345迁移与应用1：c解析：打点计时器要用交流电源，用砂桶代替钩码，是因为可以连续改变拉力的大小，但并不是由于更加方便；从本实验中平衡摩擦力来看，改变小车质量时，并不用重新平衡摩擦力，故c正确。活动与探究2： 答案：(1)分析物体质量不变时，加速度和力的关系以加速度a为纵坐标，以合外力f为横坐标，建立坐标系，根据表格1中的数据，在a-f坐标系中描点，作出a-f图像，如图所示，由图可知，在质量不变时，加速度a与外力f成正比。(2)分析力不变时，加速度与质量的关系以加速度a为纵坐标，以小车及砝码的总质量的倒数为横坐标，建立坐标系，根据表格2中的数据，在a-坐标系中描点，作出a-图像，如图所示，由图可知，在力不变时，加速度a与质量的倒数成正比。(3)实验结论：物体的加速度与作用在物体上的合外力成正比，与物体的质量成反比。(4)图像法分析处理实验数据的特点用图像法分析处理实验数据是物理学上常用的一种非常重要而有效的方法，它具有形象、直观的特点，便于从中找到重要的东西，从而得出实验结论。由图像法得到的规律具有统计性，在描绘实验图像时，可以对一些不符合常规的数据进行修正，从而减小了实验误差，避免了偶然性的错误数据，使实验结果更加准确。值得注意的是在处理一些反比例关系的物理量时，往往通过转化将其转化为正比例函数关系，这样可使问题简单。迁移与应用2：答案：(1)保持f1不变，重复实验多次测量，求平均值(2)c(3)bc解析：(1)由dat2可得，减小偶然误差的主要方法是多次测量，求平均值。(2)由题意可知，f1是水瓶的重力，设绳中拉力为t，对木板，a，在m板m水时tf1，a，排除a、b选项；逐渐增加水的质量，将不再满足tf1，而是tf1，将导致小车加速度实际值较理论值偏小，故选项c正确。(3)改变质量可以连续改变。1在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中，研究作用力一定加速度与质量成反比的结论时，下列说法中错误的是()。a平衡摩擦力时，应将装砂的小桶用细绳通过定滑轮系在小车上b每次改变小车质量时，不需要重新平衡摩擦力c实验时，先放开小车，再接通打点计时器的电源d在小车中增减砝码，应使小车和砝码的总质量远大于砂和小桶的总质量2某学生做“探究加速度与力和质量关系”的实验，在平衡摩擦力时，把长木板的一端垫得过高，使得倾角偏大，他所得的a-f关系图像可以用下图所示的哪一个来表示()。3(2011虹口区高一检测)所谓“运动状态的改变”的正确理解是()。a仅指速度大小的改变b仅指速度方向的改变c要改变物体的运动状态，必须有力的作用d物体运动状态的改变与物体的初始状态有关4在“探究加速度与力、质量的关系”实验中，备有下列器材：a打点计时器b天平(附带砝码)c低压交流电源d小桶(包括细砂)、砝码e导线、细绳f小车g一端带有滑轮的长木板h夹子其中，还缺少的器材是_。5在“探究加速度与力、质量的关系”实验中：(1)为了探究加速度与力的关系，应保持_不变；为了直观地判断加速度a与力f的数量关系，应作出_图像(选填“a-f”或“a-”)。(2)为了探究加速度与质量的关系，应保持_不变；为了直观地判断加速度a与质量m的数量关系，应作_图像(选填“am”或“a-”)。答案：1ac解析：平衡摩擦力时不应挂砂桶，只需将小车放在长木板上，将长木板不带滑轮的一端垫高，当小车刚好能匀速运动时，即平衡了摩擦力，a选项错误。当改变小车质量时，沿斜面向下的分力、摩擦力都跟质量成正比地改变，一次平衡后，就不用再平衡了，b选项正确。实验时应先接通电源，让打点计时器正常工作，再放开小车，才能打出完整的纸带，c选项错误。在小车减少砝码时，必须保证小车的质量远大于小桶和砂的总质量，才能近似使小车受到的牵引力等于砂和桶的重力，d选项正确。2c解析：在平衡摩擦力时，若把长