2022-2023学年人教版必修第一册 第四章　第2节　实验：探究加速度与力、质量的关系 学案

1、第2节实验：探究加速度与力、质量的关系1.学会用控制变量法探究物理规律2探究加速度与力、质量的关系3掌握利用图像处理数据的方法.采用控制变量法，在探究加速度与力、质量三者关系时，先让其中一个量保持不变来探究其他两个量之间的关系1保持质量不变，测量物体在不同力的作用下的加速度，分析加速度与力的关系2保持物体所受的力相同，测量不同质量的物体在该力作用下的加速度，分析加速度与质量的关系打点计时器、纸带、复写纸片、小车、一端附有定滑轮的长木板、小盘、重物、夹子、细绳、交流电源、导线、天平(带有一套砝码)、刻度尺1.测质量：用天平测量小盘的质量m0和小车的质量M0.2安装器材：按如图所示将实验器材安装好

2、(小车上不系绳)3平衡摩擦力：把木板无滑轮的一端下面垫一薄木板，反复移动其位置，使小车在不挂小盘和砝码的情况下，能沿木板做匀速直线运动(纸带上相邻点的间距相等)4测a、F(1)把小车停在打点计时器处，挂上小盘和砝码，先接通电源，再让小车拖着纸带在木板上匀加速下滑，打出一条纸带，纸带记录了小车的运动情况，取下纸带并在纸带上标上号码及此时所挂小盘和砝码的总重力m1g.(2)保持小车的质量不变，改变小盘中砝码的质量，重复步骤(1)，多做几次实验，并记录好相应纸带的编号及所挂小盘和砝码的总重力m2g，m3g，5测a、M(1)保持小车所受的合外力不变，在小车上加砝码，接通电源后放开小车，用纸带记录小车的

3、运动情况；取下纸带，并在纸带上标上号码及小车和砝码的总质量M1.(2)继续在小车上增加砝码，重复步骤(1)，多做几次实验，在每次实验得到的纸带上标上号码及小车和砝码的总质量M2，M3，6用公式xaT2或aeq f(x,T2)求得小车的加速度a，将得到的数据填入相应表格中，以便进行数据验证1.把小车在不同力作用下产生的加速度填在表中物理量123456作用力F加速度a以a为纵坐标、F为横坐标，根据数据作a-F图像，用曲线拟合测量点，找出规律，分析a与F的关系2把不同质量的小车(小车和砝码)在相同力的作用下产生的加速度大小填在表中物理量123456质量Meq f(1,M)加速度a以a为纵坐标，分别以

4、M和eq f(1,M)为横坐标，根据数据作a-M图像和aeq f(1,M)图像，分析a与M的关系3实验结论(1)保持物体质量不变时，物体的加速度a与所受力F成正比(2)在力F不变时，物体的加速度a与质量M成反比1.系统误差：本实验用小盘和砝码的总重力mg代替小车的拉力，而实际上小车所受的拉力要小于小盘和砝码的总重力小盘和砝码的总质量越接近小车的质量，误差越大；反之，小盘和砝码的总质量越小于小车的质量，由此引起的误差就越小因此，要求小盘和砝码的总质量远小于小车的质量是为了减小因实验原理不完善而引起的误差2偶然误差：摩擦力平衡不准确、质量测量不准确、计数点间距测量不准确、纸带和细绳不严格与木板平行

5、都会引起误差1.平衡摩擦力：在平衡摩擦力时，不要把悬挂小盘的细绳系在小车上，即不要给小车加任何牵引力，并要让小车拖着纸带匀速运动平衡了摩擦力后，不管以后是改变小盘和砝码的总质量还是改变小车和砝码的总质量，都不需要重新平衡摩擦力2实验条件：每条纸带都必须在满足小车的质量远大于小盘和砝码的总质量的条件下打出只有如此，小盘和砝码的总重力才可视为小车受到的拉力3一先一后一按住：改变拉力和小车质量后，每次开始时小车应尽量靠近打点计时器，并应先接通电源，再放开小车，且应在小车到达定滑轮前按住小车4作图：作图时，两坐标轴的比例要适当，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地分布在所作直线

6、两侧实验原理与操作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按图安装好实验器材C把轻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6 V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电磁打点计时器位置_；小车位置_；滑轮位置_(2)该同学漏掉的重要实

7、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_答案：(1)应靠右端应靠近打点计时器应使细绳平行于木板(2)平衡摩擦力B(3)D6 V电压的蓄电池6 V以下的交流电源(4)G作a-M关系图像作aeq f(1,M)关系图像解析：(1)电磁打点计时器应固定在长木板无滑轮的一端，且应靠右端；释放小车时，小车应靠近打点计时器；连接小车的细绳应平行于木板，故应调节滑轮位置使细绳平行于木板(2)实验时应平衡摩擦力，使小车所受重力沿木板方向的分力与小车所受摩擦力平衡，故应垫高长木板右端以平衡摩擦力实验中把槽码的重力看成

8、与小车所受拉力大小相等，没有考虑摩擦力，故必须平衡摩擦力且应排在步骤B之后(3)步骤D中电磁打点计时器接在6 V电压的蓄电池上将无法工作，必须接在6 V以下交流电源上(4)步骤G中作a-M关系图像，得到的是曲线，很难进行正确的判断，必须“化曲为直”，改作aeq f(1,M)关系图像数据处理和误差分析2“探究加速度与力、质量的关系”的实验装置如图所示(1)(单选)下列说法正确的是_A每次改变小车质量时，应重新平衡摩擦力B实验时应先释放小车后接通电源C本实验槽码B的质量应远大于小车A的质量D在用图像探究加速度与质量关系时，应作aeq f(1,mA)图像(2)某同学在实验中，打出的一条纸带如图所示，

9、他选择了几个计时点作为计数点，相邻两计数点间还有4个计时点没有标出，其中s17.06 cm、s27.68 cm、s38.30 cm、s48.92 cm，已知交流电的频率为50 Hz，则纸带加速度的大小是_m/s2.(保留两位有效数字)(3)某同学将长木板右端适当垫高，其目的是_但他把长木板的右端垫得过高，使得倾角过大用a表示小车的加速度，F表示细线作用于小车的拉力他绘出的a-F关系图像是_,A) ,B) ,C) ,D)答案：(1)D(2)0.62(3)平衡摩擦力C解析：(1)实验前要平衡摩擦力，每次改变小车质量时，不需要重新平衡摩擦力，A错误；实验时应先接通电源，然后再释放小车，B错误；在槽码

10、B的质量远小于小车A的质量时，小车受到的拉力近似等于槽码受到的重力，C错误；应用图像法处理加速度与质量关系实验数据时，为了直观，应作a-eq f(1,mA)图像，D正确(2)利用逐差法可得：s4s3s2s14aT2，解得aeq f(s4s3s2s1,4T2)eq f(0.0248,40.01) m/s20.62 m/s2.(3)将长木板右端适当垫高，其目的是平衡摩擦力；把长木板的右端垫得过高，使得倾角过大，小车所受重力平行于木板的分力大于小车受到的摩擦力，小车受到的合力大于细线的拉力，在小车不受力时，小车已经具有一定的加速度，a-F图像不过原点，在a轴上有截距，因此他绘出的a-F关系图像是C图

11、实验创新3在“探究加速度与力、质量的关系”实验中：(1)(单选)若采用如图甲、乙所示的实验装置与方案，通过黑板擦控制两小车的起动与停止，将测量两车的加速度转换为测量两车的位移实验中不需要测量的物理量是_(填字母代号)A小车运动的时间 B小车通过的位移C盘和盘中重物的总质量 D车和车上重物的总质量(2)在用DIS“研究小车加速度与力的关系”实验时，所用实验装置如图丙所示，重物通过细线跨过滑轮拉相同质量小车，用位移传感器测定位移，用力传感器测得拉力F，改变重物的重力重复实验多次，记录多组数据，并画出a-F图像该实验中，_(填“需要”或“不需要”)满足“小车的质量远大于重物的质量”的条件符合该实验方案得出的实验图线应是图丁中的_(填字母代号)答案：(1)A(2)不需要B解析：(1)两小车同时起动与停止，运动时