高中物理专题4.2实验探究加速度与力质量的关系预基础版解析版新人教版.docx

4.2 实验 探究加速度与力、质量的关系【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图象.3.通过实验探究加速度与力、质量的定量关系【自主学习】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、 、纸带、 、 。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 不变，改变小桶内砂的质量，即改变 ，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 不变，改变研究对象的 ，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在拉力的作用下做匀加速直线运动(装置如图所示)(1)小车质量的测量利用 测出，在小车上 砝码可改变小车的质量(2)拉力的测量当小桶和砂的质量 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，以力F为横坐标，根据测量数据描点，然后作出图象，如图所示，若图象是一条 ，就能说明a与F成正比(2)研究加速度a与物体质量m的关系图如图甲所示，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 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图象，若a图象是一条直线，如图乙所示，说明a与成 ，即a与m成 四、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4所示的装置把实验器材安装好3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，在小车上加放适量的砝码，用天平测出小桶和砂的质量m，并记录下来接通电源，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小车加速度a/(ms2)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aF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的分布在直线的两侧，但若遇到个别偏离较远的点可舍去1在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中，渗透了研究问题的多种科学方法：(1)实验环境的等效法：_；(2)实验条件设计的科学方法：_；(3)实验原理的简化：_，即当小车质量M车m沙时，细绳对小车的拉力大小近似等于沙及桶的总重力m沙g；(4)实验数据处理的科学方法：_；(5)由aM车图象转化为a图象，所用的科学方法：_。(以上各题均选填“理想实验法”、“图象法”、“平衡摩擦力法”、“化曲为直法”、“控制变量法”或“近似法”)【答案】(1)平衡摩擦力法(2)控制变量法(3)近似法(4)图象法(5)化曲为直法2 在探究加速度与力、质量的关系实验中，某组同学用如图1所示装置，来研究小车质量不变的情况下，小车的加速度与小车受到力的关系。(1)图2是实验中获取的一条纸带的一部分，其中0、1、2、3、4是计数点，每相邻两计数点间还有4个点(图中未标出)，计数点间的距离如图所示，打“3”计数点时小车的速度大小为_m/s，由纸带求出小车的加速度的大小为a_m/s2。(计算结果均保留2位有效数字)(2)下列措施中不正确的是_。A首先要平衡摩擦力，使小车受到的合力就是细绳对小车的拉力B平衡摩擦力的方法就是在塑料小桶中添加砝码，使小车能匀速滑动C每次改变拉小车的拉力后都需要重新平衡摩擦力D实验中通过在塑料桶中增加砝码来改变小车受到的拉力(3)某组同学由实验得出数据，画出的a的关系图线，如图3所示，从图象中可以看出，作用在小车上的恒力F_N。当小车的质量为5kg时，它的加速度为_m/s2。【答案】(1)0.260.50(2)BC(3)513 在做“探究加速度和力、质量的关系”的实验中，保持小车和砝码的总质量不变，测得小车的加速度a和拉力F的数据如下表所示F(N)0.200.300.400.500.60a(m/s2)0.110.190.290.400.51(1)根据表中的数据在坐标系上作出aF图象；(2)图象斜率的物理意义是_。(3)小车和砝码的总质量为_kg。(4)图线(或延长线)与F轴截距的物理意义是_。【答案】(1)见解析(2)小车和砝码总质量的倒数(3)1(4)小车受到的阻力为0.1N4在“验证牛顿第二定律”的实验中，采用如图所示的实验装置，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拖动的纸带打上的点计算出。(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，采用图象法处理数据。为了比较容易地检查出加速度a与质量M的关系，应该做a与_的图象。(3)如图(a)是甲同学根据测量数据做出的aF图线，说明实验存在的问题是_。(4)乙、丙同学用同一装置做实验，画出了各自得到的aF图线，如图(b)所示，两个同学做实验时的哪一个物理量取值不同？答：_。(5)已知打点计时器使用的交流电频率为50Hz，每相邻两个计数点间还有4个点未画出，利用下图给出的数据可求出小车运动的加速度a_。(结果保留三位有效数字)【答案】(1)M远大于m(2)(3)摩擦力平衡过度或倾角过大(4)小车及车中砝码的质量M(5)1.58m/s2 (3