人教版必修1 4.2 学生实验：探究加速度与力、质量的关系 学案.docx

4.2 学生实验：探究加速度与力、质量的关系 学案学习目标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af、a图像.3.通过实验探究加速度与力、质量的定量关系一、实验器材小车、砝码、小盘、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，改变盘内砝码的质量，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保持小盘中砝码的质量不变，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，验证加速度是否反比于质量三、实验方案的设计1如何使物体在力的作用下做匀加速直线运动用质量为m的重物通过定滑轮牵引被研究的物体(质量为m的滑块或小车)，使它做匀加速直线运动(装置如图1 所示)图12三个物理量的测量方法(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)拉力的测量当小盘和盘中砝码的总质量远小于小车的质量时，可以认为小盘和盘中砝码的重力近似等于对小车的拉力，即fmg.将无线传输力传感器固定在小车上，将所测数据传输给计算机，直接在计算机上读出拉力f的大小(3)加速度的测量在小车上连接纸带，利用打点计时器在纸带上记录小车的运动情况通过研究纸带上的点迹，求出加速度的大小将位移传感器的发射器装在运动的小车上，将接收器装在小车运动轨道的末端，并通过数据采集器输入计算机，就可描绘出小车的速度图像并测量出其加速度的大小3实验数据的处理方法图像法、“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，以力f为横坐标，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，就能说明a与f成正比图2(2)研究加速度a与物体质量m的关系如图3甲所示，因为am图像是曲线，检查am图像是不是双曲线，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，以为横坐标，作出a图像，若a图像是一条过原点的直线，如图乙所示，说明a与成正比，即a与m成反比图3四、实验步骤1用天平测出小车和小盘的质量m和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，只是不把悬挂小盘的细线系在小车上，即不给小车施加牵引力图43平衡摩擦力：在长木板不带定滑轮的一端下面垫一木块，反复移动木块位置，直到轻推小车使其在斜面上运动时可保持匀速直线运动，这时车拖着纸带运动时所受的摩擦力恰与车所受到的重力在斜面方向上的分力平衡4把细线系在小车上并绕过定滑轮悬挂小盘，先接通电源，再放开小车，取下纸带，在打上点的纸带上标上纸带号码5保持小车的质量不变，在小盘内放入质量为m的砝码，重复步骤4；在小盘内分别放入质量为m、m、的砝码再重复步骤4，注意m、m、m、的数值都要记录在纸带上(或表格内)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(如下)的相应位置.次数123456小车加速度a/(ms2)砝码和小盘的质量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图像，从而得出af的关系8保持盘中砝码和小盘的质量不变，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图像，从而得出am的关系.次数123456小车加速度a/(ms2)小车质量m/kg/kg19.整理实验器材，结束实验五、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，不要悬挂小盘，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改变盘中砝码的质量过程中，要始终保证小盘(包括盘中砝码)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例某实验小组利用图5所示的装置探究加速度与力、质量的关系图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，不需要重新调节长木板倾斜度(2)当木块(及木块中砝码)的质量m与桶(包括桶中砝码)的质量m的大小关系满足_时，才可以认为细绳对小车的拉力大小等于桶及桶中砝码的重力(3)图6是甲、乙两同学根据实验数据画出的图像图6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时不再需要重新平衡摩擦力，d项正确(2)探究加速度与力、质量的关系的实验中，要使mm，才能保证细绳的拉力等于m的重力(3)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长木板倾角过小答案(1)ad(2)mm(3)长木板倾角过大未平衡摩擦力或长木板倾角过小如图7甲所示，在探究加速度与力、质量的关系实验中，小车及车中砝码的质量用m表示，盘及盘中砝码的质量用m表示，小车的加速度可由小车后面拖动的纸带打出的点计算出(1)当m与m的大小关系满足_时，才可以认为绳对小车的拉力大小等于盘及盘中砝码的重力(2)一组同学在做加速度与质量的关系实验时，保持盘及盘中砝码的质量一定，改变小车及车中砝码的质量，测出相应的加速度，采用图像法处理数据为了比较容易地观测加速度a与质量m的关系，应该作a与_的图像图7(3)乙、丙同学用同一装置做实验，画出了各自得到的a图线如图乙所示，两个同学做实验时的盘及盘中砝码的质量m乙_(填“大于”“小于”或“等于”)m丙答案(1)mm(2)(3)大于解析(1)探究加速度与力、质量的关系的实验中，要使mm，才能保证绳的拉力等于m的重力(2)根据牛顿第二定律可知，合力一定时，a与m成反比，因为反比例函数图像是曲线，而根据曲线很难判定出自变量和因变量之间的关系正比例函数图像