2019-2020学年高中物理 第5章 研究力和运动的关系 2 探究加速度与力、质量的关系学案 沪科版必修1

探讨加速度、力、质量的关系1.物体的加速度大小与力和质量相关。2.实验探索加速度和力与质量的定量关系，培养手的操作能力。(焦点)3 .根据原理设计实验，处理实验数据，得出结论。一、实验目的1.学习使用控制变量方法研究物理规律，灵活使用图像处理物理问题。探讨加速度与力和质量的关系。二、实验设备带滑轮的长木板；薄木块；汽车细线；小桶和沙子；打点计时器；低压交流电源；电线；电线。平衡(包括重量组)；重量；重量。毫米标尺；磁带和复印纸等。三、实验原理1.问问题事实经验表明，质量对特定物体而言，力越大，加速度越大，物体的加速度与力相关，而物体受到力的作用，质量越小，加速度越大，加速度与质量相关。2.实验推测质量恒定时加速度和外力的关系af、af2.例如，对于外力恒定时加速度和质量之间的关系a，a。等情况四、实验方法1.保持研究对象，即汽车的质量不变，改变沙桶中沙子的质量。换句话说，改变牵引力，测量汽车的对应加速度，并通过烧伤法验证加速度是否与作用力成比例。2.保持沙桶中沙子的质量不变，在汽车内增加重量，换句话说，改变研究对象的质量，测量汽车的对应加速度，用烧伤法验证加速度是否与质量成反比。五、实验阶段1.用天平测量轿车和小桶的质量m和m来记录值。2.如图所示安装实验仪器，但不要把挂小桶的绳子绑在车上。也就是说，车不给牵引力。3.平衡摩擦：长木板在没有滑轮的一端铺上薄木块，反复移动位置，从而使打点计时器工作，这样当车在斜坡上移动时，就可以保持匀速直线运动状态。4.把绳子系在车上，转动滑轮，挂小桶，开机，放车，打点计时器在纸带上画一系列圆点，去掉胶带，在磁带上标号码。5.保持汽车质量，改变沙子质量。也就是说，要改变汽车的牵引力，按上述方法再试验几次，实验中必须使沙子和鼓的质量远远小于汽车和重量的质量。6.选择每个纸带相对理想的部分以显示系数点，并测量系数点之间的距离，以计算每个纸带的加速度值。7.将每个实验的数据填在表1中。作用力的大小等于小桶和沙所受的重力的mg。纵坐标表示加速度a，横坐标表示作用力f，根据实验数据在坐标平面上绘制相应的点以形成a-f图像。表1实验次数123456小桶和沙子总质量m/kg汽车的拉伸f/n汽车加速a/(ms-2)8.保持沙子和小桶的质量，给车辆增加重量，重复上述实验。将每个实验的数据填充到表2中，纵坐标表示加速度a，横坐标表示质量的倒数，在坐标平面上根据实验结果绘制相应的点，以形成a-图像。表2实验次数123456汽车和重量总质量m/kg汽车加速a/(ms-2)实验数据处理和错误分析学生用书p661.加速度计算：在需要计算对应于每种情况的汽车的加速度时，使用均匀变速直线运动研究方法，首先在纸带上显示系数点，测量每个系数点之间的距离，然后根据a=公式计算加速度。2.加速度与力的关系分析：根据前面实验阶段表1，以加速度a为纵坐标，以外力f为横坐标，建立a-f关系图像，得出如图所示的结论。3.加速度与质量的关系分析：根据前面的实验步骤表2，可以以加速度a为纵坐标，以汽车和重量的总质量m的倒数为横坐标，创建a关系图像，得出图像的结论，如图所示。一名学生设计了一个实验，探讨加速度a与施加在物体上的合力f和质量m的关系。图a是实验装置的弱图(交变电流的频率为50 hz)。(1)度b是为了特定实验而获得的磁带，可从磁带中获得的汽车的加速度大小为_m/s2(因此保留了两个有效数字)。(2)保持沙子和沙桶的总质量不变，改变汽车的质量m，分别得到汽车的加速度a和质量m及其数值，如下表所示。实验次数物理量12345678汽车的加速a/(ms-2)1.901.721.491.251.000.750.500.30汽车的质量m/kg0.250.290.330.400.500.711.001.67/kg-14.003.453.032.502.001.411.000.60a-绘制一条直线，并根据该直线确定汽车的加速度a和质量倒数之间的关系_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _。普罗汀(3)保持汽车质量不变，改变沙子和桶质量的这个学生根据实验数据制作了加速度a随合力f变化的图表，如图ding所示。此图表未通过原点，因此主要原因是_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _想法点这个问题的答案可以分析如下。分析 (1)使用差值方法计算加速度。从纸张皮带数据中可以看出。s1=6.19cm厘米，s2=6.70cm厘米，s3=7.21cm厘米，s4=7.72cm厘米。edm计时器的打点周期为t=0.02s，因此加速度a=3.2m/s2。(2)根据汽车加速度a和质量m相对应倒数的数据，可以在坐标系中绘制8个对应点，将每个点“连接”成直线，使尽可能多的点落在直线上，不在直线上的点大致均匀分布在直线的两侧，a-图线如图所示。(3)如图表ding中所分析，加速度a为零时，张力f不为零，表明实验前没有平衡摩擦，或者摩擦力未完全平衡。答案 (1)3.2 (2)分析图a=(3)实验前没有平衡摩擦，或摩擦未完全平衡如图所示，a-f图像有时不是原点。主要原因是不考虑挂重物的托盘的质量，将重物的重力与张力f对准错误，或将摩擦力平衡得太高时，产生了图像a。实验中，如果平衡摩擦或摩擦不均衡，将出现图像b的情况。1.一名学生利用图a中所示的实验装置“探究了a和f，m之间的定量关系”。(1)在实验中，首先要平衡汽车和木板之间的摩擦力。这个学生是这样工作的。图b说明，将车静静地放在通过打点计时器的纸带上，调整木板右端的高度，打开电源，用手轻轻拨号车，打点计时器在纸带上进行一系列_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _运动。(2)如果学生先平衡摩擦力，以沙和沙桶的重力为f，保持汽车的质量m不变，继续向桶中添加沙，沙的质量最终是m，如果测量汽车的加速度a-f的图像，图中的线是正确的_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _(3)纸张皮带系数点的间距为s1和s2。图c使用毫米标尺测量纸带的s1，s2，图中s1=3.10cm厘米，s2=_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _分析：(1)在平衡摩擦力的时候，不要挂沙桶，把长木板的右端抬高到适当的位置，使汽车的重力随着斜面和摩擦力抵消，使汽车以一定的速度直线运动，打点计时器就会在纸带上按一定的间隔点。(2)如果这个学生很好地平衡了摩擦力，a-f第一个图像是经过原点的直线，继续往桶里添加沙子，沙子的质量最终达到m，无法满足沙子和沙桶的质量远小于轿车的质量。这时图像会弯曲，所以c是对的。(3)根据图c，s2=5.50cm厘米，打点计时器的频率为50 hz，每五个点使用计数点，则t=0.1 s，加速度的大小a=m/s2=2.40m/s2。答案：(1)点追踪统一速度(2)c (3)5.50 2.40实验注意事项学生用书p671.注意事项(1)使沙子和桶的总质量比汽车和重量的总质量小得多。(2)保持摩擦力平衡的时候，不要吊小桶，要附在纸带上开机。判断汽车是否进行均匀的直线运动，可以直接观察，也可以通过打点计时器的磁带来判