学案2　实验：探究加速度与力、质量的关系

2会测量加速度、力和质量的大小，能作出物体运动的a－F、a－

图像.1学会用控制变量法探究物理规律.重点难点3能通过实验数据及图像得出加速度与力、质量的关系.重点牛顿第一定律：一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态，除非作用在它上面的力迫使他改变这种状态1.力是物体运动状态改变的原因2.质量越大，惯性越大，物体的运动状态越难改变加速度加速度加速度与力、质量有关1.空载卡车与满载卡车在相同动力下哪个起动更快？初步结论：m越大，a越小.2.家用汽车与赛车在质量相近时哪个起动更快？初步结论：F越大，a越大.定性分析：加速度与力、质量的关系[实验探究]一、实验思路控制变量法2.实验方法研究加速度与力、质量的关系，我们怎么采用什么实验方法？定量分析加速度与力、质量的关系.1.实验目的当质量一定时，探究加速度与力的关系当力一定时，探究加速度与质量的关系控制变量的方法是指在研究和解决问题的过程中，对影响事物变化规律的独立因素加以人为控制，使其中只有一个因素按照特定的要求发生变化，而其他因素保持不变，以利于寻找事物发展变化的规律的方法。例如，在研究某个物理量y与另外两个变量x1、x2的关系时，先固定一个变量x2不变，研究y与另一个变量x1之间的定量关系；然后再固定变量x1不变，研究y与x2之间的关系。

3.物理量的测量质量、加速度、力（3）力的测量：①如何给小车施加一个可以测量的恒力呢？F②细线给小车提供的拉力是小车受到的合力吗？通过滑轮连接槽码GFNFFf不是，F合=F-Ff③如何调整装置能够消除阻力的影响，使线的拉力就是小车受到的合力？在木板远离定滑轮端垫木块，让重力沿斜面的分力与小车受到的阻力平衡即补偿了阻力.GFNFf④如何用实验方法判定阻力刚好被补偿？调整木块位置，轻推小车，小车做匀速直线运动(纸带上的点均匀)即补偿到位，注意不系槽码.FfFNG操作⑤悬挂的重物的重力等于细线的拉力吗？mgF槽码处于非平衡状态，F≠mg小车、砝码、槽码、细线、一端附有定滑轮的长木板、垫木、打点计时器、交流电源、纸带、刻度尺、天平.用天平测出小车的质量用打点计时器打出的纸带计算出小车的加速度a槽码的总重力G当作小车受到的拉力F二、实验器材实验过程1：探究a与F的关系（小车质量不变）1.把细线绕过定滑轮系在小车上，另一端系上槽码.保持小车质量不变，改变槽码的个数，以改变小车所受的拉力.处理纸带，测出加速度，将结果填入表1中.表1小车质量一定拉力F/N

加速度a/(m·s－2)

实验演示三、进行实验实验过程2：探究a与m的关系（钩码质量不变）表2

小车所受的拉力一定质量m/kg

加速度a/(m·s－2)

2.保持槽码个数不变，即保持小车所受的拉力不变，在小车上加放砝码，重复上面的实验，求出相应的加速度，把数据记录在表2中.实验演示实验结论：当小车质量一定时，a与F成正比1.分析加速度a与力F的定量关系处理演示表1四、数据处理槽码质量m/g102030405060槽码重力G/N0.1

0.20.3

0.4

0.5

0.6拉力F/N0.1

0.20.3

0.4

0.5

0.6加速度a/(m·s－2)

0.31

0.86

1.28

1.511.85

2.27实验结论：当力F

一定时，a与m成反比2.分析加速度a与质量m的定量关系图像分析对比选择哪一个更合理？质量m0.4000.5000.7501.0001.200加速度a0.8610.6920.4700.3520.290表2

2.偶然误差(1)质量的测量(2)打点间隔、距离的测量(3)细线或纸带不与木板平行(4)倾斜角度不当，补偿阻力不足或过度

1．系统误差：本实验中用槽码的重力代替小车受到的拉力(实际上小车受到的拉力要小于槽码的重力)五、误差分析思考与讨论实验时作出如图甲、乙所示的图像，试分析产生的原因.答案题图甲：木板的倾角过大或补偿阻力过度.题图乙：没有补偿阻力或补偿阻力不足在补偿阻力时，不要把悬挂槽码的细线系在小车上，即不要给小车施加任何牵引力，并要让小车拖着纸带运动.1补偿阻力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，且应在小车到达滑轮前按住小车.3打点计时器的位置作图像时，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均匀分布在直线两侧.离直线较远的点舍去不予考虑.4作图规则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槽码的质量的条件下打出.只有如此，小车受到的拉力才可视为等于槽码的重力.2质量关系六、注意事项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.把细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6V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.①电磁打点计时器位置_________；②小车位置___________________；③滑轮位置___________________.应靠右端应靠近打点计时器应使细绳平行于木板①电磁打点计时器应固定在长木板无滑轮的一端，应靠近右端；②释放小车时，小车应靠近打点计时器；③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.实验前应补偿阻力，使小车所受重力沿木板方向的分力与小车所受阻力平衡，故应垫高长木板右端以补偿阻力.实验中把槽码的重力看成与小车所受拉力大小相等，没有考虑阻力，故必须补偿阻力且应排在步骤B之后.(2)该同学漏掉的重要实验步骤是_________，该步骤应排在步骤___之后.补偿阻力B步骤D中电磁打点计时器接在6V电压的蓄电池上将无法工作，必须接在8V的交流电源上.(3)在上述步骤中，有错误的是步骤___，应把________________改为______________.D6V电压的蓄电池8V的交流电源(4)在上述步骤中，处理不恰当的是步骤___，应把_______________改为________________.G作a－M关系图像步骤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a－

关系图像.2.(课本第93页第2题改编)某同学用如图所示的实验装置探究小车的加速度a与质量m的关系.所用交变电流的频率为50Hz.(1)如图是他某次实验得到的纸带，每两个计数点间有四个点未画出，部分实验数据如图所示.则小车的加速度是________m/s2.答案见解析由题意可知，相邻计数点时间间隔T＝0.1s，由Δx＝aT2得＝0.51m/s2(2)保持小车所受的拉力不变，改变小车质量m，分别测得不同质量时小车加速度a的数据如表所示.请在如图所示的坐标纸中作出a－

图像.根据a－

图像可以得到的实验结论是____________.答案见解析次数12345678质量m/kg0.250.290.330.400.500.711.001.67加速度a/(m·s－2)0.6180.5570.4820.4030.3170.2350.1520.086质量倒数

/kg－14.003.453.032.502.001.411.000.60如图所示3.为了探究加速度与力的关系，使用如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，当滑块通过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，滑块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，两光电门间的距离为x，牵引槽码的质量为m，回答下列问题：(1)实验开始前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？____________________.答案见解析取下牵引槽码，滑块放在任意位置都不动；或取下牵引槽码，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.(2)若取M＝0.4kg，改变m的值，进行多次实验，以下m的取值不合适的一个是___.A.m1＝5g B.m2＝15g C.m3＝40g D.m4＝400g在探究加速度与力的关系的实验中，当槽码的质量远小于滑块连同上面固定的挡光片的总质量时，才能近似认为槽码受到的重力等于滑块受到的拉力，故D不合适.D(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a的表达式为_________________.(用Δt1、Δt2、D、x表示)实验原理：以小车、一端带有定滑轮的长木板、细线、砝码、刻度尺、天平、夹子为实验器材，让两个做初速度为0的匀加速直线运动的物体的运动时间t相等，测出各自的位移x1、x2，则a1：a2=x1：x2，把加速度的测量转换成长度的测量.注意：只有当盘和砝码的质量要比小车的质量小得多时，小车所受拉力才近似等于盘和砝码的总重力拓展方案