高一物理教科版必修一：3.2探究加速度与力、质量的关系实验课名补教案

第页高一物理补习班名补教案目标提高班名师培优精讲探究加速度与质量、力的关系探究加速度与质量、力的关系〔实验〕【教学目标】学会用控制变量法研究物理规律；探究加速度与物体质量、物理受力的关系；掌握灵活运用图像处理问题的方法。【教学重点】明白该实验的原理；清楚该实验的步骤。【教学难点】数据处理和误差分析；局部考前须知。【进门得分】1．在探究加速度与物体质量、物体受力的关系的实验中，以下说法正确的选项是 ()A．平衡摩擦力时，小桶应用细线通过定滑轮系在小车上，但小桶内不能装砂B．实验中应始终保持小车和砝码的质量远远大于砂和小桶的质量C．实验中如果用纵坐标表示加速度，用横坐标表示小车和车内砝码的总质量，描出相应的点在一条直线上时，即可证明加速度与质量成反比D．平衡摩擦力时，小车后面的纸带必须连好，因为运动过程中纸带也要受到阻力【教学内容】实验原理探究加速度a与力F、质量M的关系时，应用的根本方法是_____________，即先控制一个参量——小车的质量M不变，讨论加速度a与力F的关系；再控制小盘和砝码的质量不变，即力F不变，改变小车的质量M，讨论加速度a与质量M的关系。实验器材打点计时器、复写纸带和纸片、一端有定滑轮的长木板、小车、小盘、______电源、天平、砝码、__________、导线。实验步骤测质量：用天平测出小车和砝码的总质量M，小盘和砝码的总质量m，把测量结果记录下来。仪器安装及平衡摩擦力：①按照图1把实验器材安装好，只是不把悬挂小盘的细绳系在车上，即不给小车加牵引力；②平衡摩擦力：在长木板不带定滑轮的一端下面垫一块木板，反复移动木板的位置，直至小车拖着纸带在斜面上运动时可以保持_______运动状态。这时，小车受到的摩擦阻力恰好与小车所受的重力___________的分力平衡。保持小车的质量不变，研究a与F的关系：①把细绳系在小车上并绕过定滑轮悬挂小盘，先________再___________，打点计时器在纸带上打下一系列的点，打完后切断电源，取下纸带，在纸带上标上纸带号码。②保持小车和砝码的质量不变，在小盘里放入适量的砝码，把小盘和和砝码的总质量m’记录下来，重复步骤②，在小盘内再放入适量砝码，记录下小盘和砝码的总质量m’’，在重复步骤4，重复三次，取得三条纸带。③在每一条纸带上都取得一段比拟理想的局部，标明计数点，测量计数点间的距离，算出每条纸带上的加速度的值，并记录在表格〔一〕内保持小盘和砝码的质量不变，研究a与M的关系保持小盘内的砝码个数不变，在小车上放上砝码改变小车的质量，让小车在木板上滑动打出纸带。计算砝码和小车的总质量M，并由纸带计算出小车对应的加速度。改变小车上的砝码的个数，重复此步骤，并将所对应的质量和加速度填入表〔二〕中数据处理1.利用纸带求加速度：a=Δx/T22.描点作图，a-F图像和a-图像五、考前须知1.一定要做好平衡摩擦力的工作，也就是调出一个适宜的斜面，使小车的重力沿着斜面方向的分力正好平衡小车受到的摩擦阻力，在平衡摩擦力时，不要把悬挂小盘的细线系在小车上，即不要给小车加任何牵引力，并要让小车拖着打点的纸带运动；2.实验步骤2、3不需要重复，即整个实验平衡了摩擦力后，不管以后是改变小盘和砝码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；3.每条纸带必须在满足小车与车上所加砝码的总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；4.改变拉力和小车的质量后，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，且应在小车到达滑轮前按住小车。六、误差分析1.质量的测量误差，纸带上打点计时器打点间隔距离的测量误差，拉线或纸带不与木板平行等都会照成误差；2.因实验原理不完善造成误差：本实验中用小盘和砝码的总重力代替小车受到的拉力〔实际上小车受到的拉力要小于小盘和砝码的总重力〕，存在系统误差。小盘和砝码的总质量越接近小车的质量，误差就越大；反之，小盘和砝码的总质量越小于小车的质量，误差就越小；3.平衡摩擦力不准确造成误差：在平衡摩擦力时，除了不挂小盘外，其他的都跟正式实验一样〔比方要挂好纸带、接通打点计时器〕，匀速运动的标志是打点计时器打出的纸带各点的距离相等。【过手练习】1．在“探究加速度与质量、力的关系〞实验中，某小组设计了如下图的实验装置．图中上下两层水平轨道外表光滑，两小车前端系上细线，细线跨过定滑轮并挂上砝码盘，两小车尾部细线连到控制装置上，实验时通过控制装置使小车同时开始运动，然后同时停止．(1)在安装实验装置时，应调整滑轮的高度，使________________；在实验时，为减小系统误差，应使砝码盘和砝码的总质量__________小车的质量(选填“远大于〞“远小于〞或“等于〞)．(2)本实验通过比拟两小车的位移来比拟小车加速度的大小，能这样比拟，是因为___________________________________________________________________________________________________________________________________________________2．某同学设计了如下图的装置，利用米尺、秒表、轻绳、轻滑轮、轨道、滑块、托盘和砝码等器材来测定滑块和轨道间的动摩擦因数μ.滑块和托盘上分别放有假设干砝码，滑块质量为M，滑块上砝码总质量为m′，托盘和盘中砝码的总质量为m.实验中，滑块在水平轨道上从A到B做初速为零的匀加速直线运动，重力加速度g取10m/s2.(1)为测量滑块的加速度a，须测出它在A、B间运动的________与________，计算a的运动学公式是____________________________；(2)根据牛顿运动定律得到a与m的关系为：a＝m－μg他想通过屡次改变m，测出相应的a值，并利用上式来计算μ.假设要求a是m的一次函数，必须使上式中的________保持不变，实验中应将从托盘中取出的砝码置于________________________．3.与打点计时器一样，光电计时器也是一种研究物体运动情况的常见计时仪器，其结构如图甲所示，a、b分别是光电门的激光发射和接收装置．当有物体从a、b间通过时，光电计时器就可以显示物体的挡光时间．现利用图乙所示装置设计一个“探究物体运动的加速度与力、质量关系〞的实验，图中NQ是水平桌面、PQ是一端带有滑轮的长木板，1、2是固定在木板上的两个光电门(与之连接的两光电计时器没有画出)．小车上固定着用于挡光的窄片K，让小车从木板的顶端滑下(1)用游标卡尺测量窄片K的宽度d(l≫d)，光电门1,2各自连接的计时器显示的挡光时间分别为t1、t2，那么窄片K通过光电门1的速度表达式v1＝__________.(2)用米尺测量两光电门间距为l，那么小车的加速度表达式a＝__________.(3)该实验中，为了把砂和砂桶拉车的力当作小车受的合外力，就必须平衡小车受到的摩擦力，正确的做法是_____________________________________________．(4)实验中，有位同学通过测量，把砂和砂桶的重力当作小车的合外力F，作出a－F图线，如图丙中的实线所示．试分析：图线不通过坐标原点O的原因是___________________________________；曲线上部弯曲的原因是__________________________________________________．【拓展训练】1．为了探究加速度与力的关系，使用如以下图所示的气垫导轨装置进行实验．其中G1、G2为两个光电门，它们与数字计时器相连，当滑行器通过G1、G2光电门时，光束被遮挡的时间Δt1、Δt2都可以被测量并记录，滑行器连同上面固定的一条形挡光片的总质量为M，挡光片宽度为D，光电门间距离为x，牵引砝码的质量为m.答复以下问题：实验开始应先调节气垫导轨下面的螺钉，使气垫导轨水平，在不增加其他仪器的情况下，如何判定调节是否到位？答：________________________________________.(2)假设取M＝0.4kg，改变m的值，进行屡次实验，以下m的取值不适宜的一个是__________．A．m1＝5g B．m2＝15gC．m3＝40g D．m4＝400g(3)在此实验中，需要测得每一个牵引力对应的加速度，求得的加速度的表达式为____________．(用Δt1、Δt2、D、x表示)【出门检测】a/(m·s－2)1．某同学在做加速度和力、质量的关系的实验中，测得小车的加速度aa/(m·s－2)F/N0.200.300.400.500.60a/(m·s－2)0.110.190.290.400.51(1)根据表中的数据在右图所示的坐标中作出a－F图象；(2)图象的斜率的物理意义是__________________；(3)图象(或延长线)与F轴的截距的物理意义是_______________；(4)小车和砝码的总质量为__________kg.【课后作业】1．如下图的实验装置可以探究加速度与物体质量、物体受力的关系．小车上固定一个盒子，盒子内盛有沙子．沙桶的总质量(包括桶以及桶内沙子质量)记为m，小车的总质量(包括车、盒子及盒内沙子质量)记为M.(1)验证在质量不变的情况下，加速度与合外力成正比：从盒子中取出一些沙子，装入沙桶中，称量并记录沙桶的总重力mg，将该力视为合外力F，对应的加速度a，那么从打下的纸带中计算得出．屡次改变合外力F的大小，每次都会得到一个相应的加速度．本次实验中，桶内的沙子取自小车中，故系统的总质量不变．以合外力F为横轴，以加速度a为纵轴，画出a－F图象，图象是一条过原点的直线．①a－F图象斜率的物理意义是________．②你认为把沙桶的总重力mg当作合外力F是否合理？答：________.(填“合理〞或“不合理〞)③本次实验中，是否应该满足M≫m这样的条件？