2023年版新教材高中物理第2节实验：探究加速度与力、质量的关系教案新人教版必修第一册

2节试验：探究加速度与力、质量的关系一、试验目的学会用掌握变量法探究物理规律。探究加速度与力、质量的关系。把握利用图像处理数据的方法。二、试验方案的设计试验思路承受掌握变量法：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。如下图，将小车置于水平木板上，通过滑轮与槽码相连，小车在槽码的牵引下运动。加速度与力的关系：保持小车质量不变，通过转变槽码的个数转变小车所受的拉力。测得不同拉力下小车运动的加速度，分析二者之间的定量关系。加速度与质量的关系：保持小车所受的拉力不变，通过在小车上增加重物转变小车的质量。测得不同质量的小车在拉力下运动的加速度，分析二者之间的定量关系。试验器材打点计时器、纸带、复写纸片、小车、一端附有定滑轮的长木板、槽码、砝码、夹子、细绳、沟通电源、导线、天平(带有一套砝码)、刻度尺。物理量的测量物体的质量：用天平测量小车的质量。(2)加速度的测量方法10的匀加速直线运动。用刻度尺测量小车的位移x，用秒表测量t a2x a小车运动的时间，由＝2计算加速度。方法2：利用打点计时器打出的纸带测量加速度a。方法3：让两个小车做初速度为0的匀加速直线运动，在相等的xa时间内，由＝a2知1＝1，测量加速度转换成测量位移。xa2 2(3)力的测量：用阻力补偿法平衡摩擦力后，通过转变槽码的个数，转变小车所受的拉力。三、试验步骤安装器材：按如下图将试验器材安装好(小车上不系绳)。用天平分别称出小车和槽码的质量。状况下，能沿木板做匀速直线运动(纸带上相邻点的间距相等)。槽码总重力mg。留意操作先后挨次4，多做几次试验，并记录好相应纸带的编号及所挂槽码的总重力。加速度与质量的关系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，用纸带记录小车的运动状况；取下纸带，并在纸带上标上号码及小车和砝码的总质量m。1(1编号及小车和砝码的总质量m、m……。2 3求小车的加速度a，将得到的数据填入相应表格中，以便进展数据处理。四、数据处理把小车在不同力作用下产生的加速度填在表中：物理量作用力F加速度a

1 2 3 4 5 6a为纵坐标、F为横坐标，依据数据作a－F图像，通过拟合测量点，作出图像找出规律，aF的关系。把不同质量的小车(小车和砝码)在一样力的作用下产生的加速度大小填在表中：物理量1物理量123456m1m加速度aa m1依据数据作a－m图像和a1 分析a与m－m图像

为纵坐标、

和m为横坐标

的关系。五、试验结论保持物体质量不变时，物体的加速度a与所受力F成正比。保持力F不变时，物体的加速度a与质量m成反比。六、误差分析系统误差：本试验用槽码的总重力mg代替小车受到的拉力，而实际上小车所受的拉力要为了减小因试验原理不完善而引起的误差。格与木板平行都会引起误差。七、留意事项及砝码的质量，都不需要重阻力补偿。试验中必需满足小车和砝码的总质量远大于槽码的总质量。 此时可认为槽码的重力近似等于绳的拉力点稳定后，再放开小车，且应在小车到达滑轮前按住小车。线两侧。要点一试验原理和试验方法[例1]在“探究加速度与力、质量的关系”的试验中，渗透了争论问题的多种科学方法：(1)试验环境的等效法： ；(2)试验条件设计的科学方法： ；(3)试验原理的简化： ，即当小车质量m m时，细绳对小车的拉力大小近似等于槽码重力mg；车 槽 槽试验数据处理的科学方法： ；由a－m

图像转化为a－1图像，所用的科学方法： 。车 m车或“近似法”)解析(1)由于小车运动受到摩擦阻力，所以要进展阻力补偿，以减小试验误差，称为阻力补偿法。在探究加速度与力、质量的关系时，先保持其中一个量不变，来探究其他两个量之间的关系，称为掌握变量法。当小车质量m m时，细绳对小车的拉力大小近似等于槽码重力mg，称为近似法。车 槽 槽通过图像争论试验的结果，称为图像法。a－ma1图像，使图线由曲线转化为直线，称为化曲为直车 m车法。答案(1)阻力补偿法 (2)掌握变量法(3)近似法(4)图像法 (5)化曲为直法要点二数据处理和误差分析2]在“探究加速度与力、质量的关系”试验中，某次试验测得如下数据：当m肯定时，

的关系如表一所示；当F

肯定时，a

1和m的关系如表二所示。表一F/N1.002.003.004.00/(m·－2)1.903.955.857.62表二1/kg－1 0.52

0.67

0.80

1.00/(m·－2)

1.53

2.10

2.49

3.10在如下图的相应坐标系中，依据表一、表二所给数据作出图像。由图像可以判定当m肯定时，a与F成 当F肯定时，a与m成 。a m a1 am a1在争论与的关系时，作了－m图像，而没作－图像，那么作－m图像的优点是 。答案(1)如下图正比反比am a1－图像是曲线，难以找出规律；－m图像是直线，简洁找出规律[例3]两个一样的小车并排放在光滑水平桌面上，小车前端系上细线，线的另一端跨过定F的大小可细线(图乙)，掌握两辆小车同时开头运动和完毕运动。a2x＝2，即x∝a，所以只要测出两小车位移x之比就测出它们的加速度a之比。试验结果：当两小车质量一样时， ；当拉力F相等时， 试验中用砝码(包括砝码盘)所受的重力G＝mg的大小作为小车所受拉力F的大小，这样做会引起试验误差，为了减小这个误差，G与小车所受重力Mg之间需要满足的关系是： 。大，则加速度越大，进展试验时会觉察，加速度与所受拉力成正比；假设砝码重力不变，即拉力不变时，质量越大的小车，一样时间内位移越小，即加速度越小，进展测量分析知，加速GMg时，G近似等于拉F。答案加速度与拉力成正比加速度与质量成反比GMg总结提升两种试验争论方法掌握变量法：当争论多个物理量间的变化规律时，为了简便，可设计保持其他物理量不变，只争论剩余两个变化物理量的关系，这种方法叫作掌握变量法.两个一样的小车放在水试验，就可以验证质量肯定的条件下，加速度与力的关系。比照试验法：比照试验法在物理试验中常常用到。两小车后端各系一条细绳，一起被一同时停下来。用刻度尺测出两小车通过的位移，位移之比就等于它们的加速度之比。要点三创方案设计[例4]为了探究加速度与力的关系，使用如下图的气垫导轨装置进展试验，其中G、G1 2为两个光电门，它们与数字计时器相连，当滑块通过G、G光电门时，光束被遮挡的时间Δ1 2t、Δt都可以被测量并记录。滑块连同上面固定的挡光片的总质量为M，挡光片宽度为D，1 2光电门间距离为s，牵引钩码的质量为m。答复以下问题。试验开头前应先调整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状况下，如何判定调整是否到位？答： 。假设取M＝0.4kg，转变m的值，进展屡次试验，以下m的取值不适宜的一个是 。A.m＝5g1C.m＝40g3

B.m＝15g2D.m＝400g4在此试验中，需要测得每一个牵引力对应的加速度，其中求得的加速度的表达式为：Δt、Δt、D、s表示)。1 2解析(1)取下牵引钩码，滑块放在任意位置都不动；或取下牵引钩码，轻推滑块，数字计时器记录的两个光电门的光束被遮挡的时间相等。在探究加速度与力关系的试验中，当钩码的质量与滑块连同上面固定的挡光片的总质量的关系是mM时，才能近似认为钩码受到的重力等于滑块受到的拉力，应选项DD当滑块通过GG光电门时光束被遮挡的时间为ΔtΔt对应的速度分别为v＝ 、1 2 1 2D2D2

1 Δt1D Δt－Δtv＝ ，依据2a＝－求出加速度＝ 2 1 。2 Δt 2 1 2s2答案见解析1.(多项选择)如图是某些同学依据试验数据画出的图像，以下说法中正确的选项是( )A.形成图甲的缘由是补偿阻力时长木板倾角过大B.形成图乙的缘由是补偿阻力时长木板倾角过小C.形成图丙的缘由是补偿阻力时长木板倾角过大D.形成图丁的缘由是补偿阻力时长木板倾角过小解析由图甲可知，当F＝0a≠0，表示没有拉力作用时，小车已经有加速度，缘由可Aa力时长木板的倾角过大造成的，应选项B错误；由图丙可知，当F≠0时，a＝0，缘由可能1是补偿阻力时长木板的倾角过小，应选项C错误；图像在m轴上有截距，这是补偿阻力时，长木板的倾角过小造成的，应选项D正确。答案AD2.为了“探究加速度与力、质量的关系”，现供给如图甲所示的试验装置：甲以下试验操作正确的选项是( )A.将木板不带滑轮的一端适当垫高，使小车在槽码的牵引下恰好做匀速直线运动B.调整滑轮的高度，使细线与木板平行C.先接通电源，后释放小车D.试验中小车的加速度越大越好在试验中得到一条如图乙所示的纸带，相邻计数点间的时间间隔为T＝0.1s，且间距x、x、x、x、x、x3.09cm、3.43cm、3.77cm、4.10cm、1 2 3 4 5 64.44cm、4.77cm，则小车的加速度a＝ m/s2。(结果保存2位有效数字)乙有一组同学保持小车及车中的砝码质量肯定，探究加速度a与所受外力F的关系，他们在轨道水平及倾斜两种状况下分别做了试验，得到了两条a－F图线，如图丙所示。图线 (填“①”或“②”)是在轨道倾斜状况下得到的。丙解析(1)将不带滑轮的木板一端适当垫高，在不挂槽码的状况下使小车恰好做匀速直线运动，以使小车的重力沿斜面的分力和阻力抵消，那么小车的合力就是细线的拉力，应选项A错误；细线的拉力为小车的合力，所以应调整定滑轮的高度使细线与木板平行，应选项B正确；试验时，应使小车靠近打点计时器由静止释放，先接通电源，后释放小车，应选项C正确；试验时，为了减小试验的误差，小车的加速度应适当大一些，但不是越大越好，应选Dx＋x＋x－x－x－x依据逐差法得a＝6

5 4 3 292

1＝0.34m/s2。F＝0a≠0，也就是说当细线上没有拉力时小车就有加速度，所以图线①是在轨道倾斜状况下得到的。答案(1)BC(2)0.34(3)①1.(多项选择)如下图的“探究加速度与力质量的关系”的试验中以下说法正确的选项是( )A.应尽量保证小车的总质量远小于槽码的总质量B.应将木板右端适当垫高以补偿阻力C.应保证牵引小车的细线与木板平行D.应承受掌握变量法分别争论加速度与质量及加速度与力的关系力，所以需要补偿阻力，需要牵引小车的细线与木板平行，B、C正确；试验中运用掌握变量法争论各量间的关系，DA答案BCD如下图是某同学探究加速度与力、质量的关系时，已接通电源刚要释放纸带时的状况，请你指出该同学的五个过失：(1)电源 ；(2)电磁打点计时器位置 ；(3)滑轮位置 ；(4)小车位置 ；(5)长木板 。解析探究加速度与力、质量的关系时，电磁打点计时器应使用低压(6V)沟通电源，且要向的分力与小车所受阻力平衡，故应垫高长木板右端补偿阻力。答案(1)应用6V沟通电源(2)应靠右端(3)应使拉线水平(4)应靠近打点计时器(5)应垫高右端补偿阻力在“探究加速度与力质量的关系”的试验中某小组设计双车位移比较法来探究加速度与力的关系试验装置如下图将轨道分上下双层排列两小车后的刹车线穿过尾端固定板由安装在后面的刹车系统同时进展掌握(未画出刹车系统)通过转变砝码盘中砝码的质量来转变拉力大小通过比较两小车的位移来比较两小车的加速度大小是由于位移与加速度的关系式为 。两车质量均为200g，试验数据如表所示：试验小车F/Nx/m拉力之比位移之比次数F/F甲 乙x/x甲 乙1甲乙0.10.222.343.50.500.512甲乙0.20.329.043.00.670.673甲乙0.30.441.055.40.750.74分析表中数据可得到结论： 。该装置中刹车系统的作用是 。1解析由匀变速直线运动的位移公式＝a2知时间一样时，两小车的位移之比等于两小车2x a的加速度之比，即甲＝甲。x a乙 乙分析表中数据，在试验误差范围内，当小车质量保持不变时，由于x∝F，说明a∝F。该装置中刹车系统的作用是掌握两车同时运动和同时停顿。1答案＝2

在试验误差范围内，当小车质量不变时，加速度和外力成正比 掌握两车同时运动和同时停顿4.“探究加速度与力、质量的关系”的试验装置如图甲所示。在补偿小车与长木板之间阻力的过程中，打出了一条纸带如图乙所示。计时器打点的时间间隔为0.02s，从比较清楚的点起，每5个点取一个计数点，测量并标出相邻计数点之间的距离。该小车的加速度a＝ m/s2。补偿阻力后，将5个一样的砝码都放在小车上。挂上砝码盘，然后每次从小车上取一个a与砝码盘中砝码总重力F的试验数据如下表：砝码盘中砝码总重力F/N