《实验：探究加速度与力、质量的关系》课件

2.实验：探究加速度与力、质量的关系实验必备•自主学习精析典例•素养提升评价检测•素养达标新课程标准1．能对探究的物理问题制订科学探究方案，有控制变量的意识，会使用实验器材获取数据．2．能根据数据形成结论，会分析导致实验误差的原因．3．能撰写有一定要求的实验报告，能与他人交流探究过程和结果．核心素养目标科学思维利用控制变量法，设计不同实验方案，利用图像法分析论证得出结论的科学思维能力．科学探究用控制变量法探究加速度与力、质量的关系．科学态度与责任在获取和处理数据中，有严谨认真、实事求是的科学态度和科学求证的科学精神．课前篇自主预习[必备知识]一、实验目的1.学会用控制变量法研究物理规律。2.探究加速度与力、质量的关系。3.学会用图像法处理数据,得出结论。二、实验原理用控制变量法分别来探究加速度与合外力、质量的关系。1.加速度与力的关系保持小车的质量M不变,改变小车的拉力,测量不同拉力F作用下的加速度a,分析a与F的关系。2.加速度与质量的关系保持小车所受拉力F(槽码)不变,改变小车质量(增减小车砝码质量),测量不同质量的小车在恒力F下的加速度,分析a与M的关系。三、实验器材小车,砝码,槽码,细线,一端附有定滑轮的长木板,垫木,电磁打点计时器,低压交流电源,导线两根,纸带,复写纸,托盘天平,米尺。四、实验步骤1.称量质量——用天平测量槽码的质量m0和小车的质量M0。2.安装器材——按照如图所示装置把实验器材安装好,只是不把悬挂小盘的细线系在小车上(即不给小车牵引力)。3.补偿阻力——在长木板的不带定滑轮的一端下面垫上一块薄木块,反复移动薄木块的位置,直至小车在斜面上运动时可以保持匀速运动状态。4.让小车靠近打点计时器,挂上槽码,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。计算槽码的重力,即为小车所受的合外力,由纸带计算出小车的加速度,并把力和对应的加速度填入表1中。5.改变槽码的个数,重复步骤4,并多做几次。6.保持槽码个数不变,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,并将所对应的质量和加速度填入表2中。7.改变小车上砝码的个数,重复步骤6,并多做几次。实验次数加速度a/(m·s-2)小车受力F/N1

2

3

4

表1表2实验序号1234小车和砝码的总质量M/kg

/kg-1

加速度a/(m·s-2)

五、数据处理1.根据表1的数据:以a为纵坐标、F为横坐标,根据数据作a-F图像,分析a与F的关系。2.根据表2的数据:分别以a为纵坐标、M和

为横坐标,作a-M图像和a-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。[自我检测]1.正误辨析(1)本实验研究的是物体所受的某一个力与物体加速度的关系。(

)解析

研究的是物体所受的合力与加速度的关系,而非某一个力。答案

×(2)实验假设应该从最简单的情况进行猜想。(

)解析

先检验最简单的假设,如果不成立,再检验其他复杂的猜想。答案

√(3)实验中作直线拟合的方法是让每个点都要在一条直线上。(

)解析

作直线拟合的方法是较多的点在一条直线上,其他不在直线上的点均匀分布在线的两侧。答案

×(4)多次进行实验,得到的结论一定是准确的。(

)解析

多次实验得到的结论仍然具有猜想和推断的性质,只有根据这些结论推导出的很多新结果与事实一致时,这样的结论才真正正确。答案

×2.在研究物体的加速度、作用力和质量三个物理量的关系时,我们用实验研究了小车“在质量一定的情况下,加速度和作用力之间的关系”;又研究了“在作用力一定的情况下,加速度和质量之间的关系”。这种研究物理问题的科学方法是(

)A.建立理想模型的方法

B.控制变量法C.等效替代法

D.类比法解析

研究三个或三个以上物理量间的关系时通常采用控制变量法。答案

B精析典例•素养提升类型一实验过程与操作归纳总结1.本实验用到的物理方法及实验条件实验操作方法控制变量法数据处理方法图像法——化曲为直实验条件①补偿阻力；②m≪M；③细线与长木板平行2.平衡摩擦力应注意以下几点(1)不挂槽码．(2)垫高长木板远离滑轮的一端．(3)连好纸带后接通打点计时器，调节倾角，当纸带上打出的点迹均匀分布时，说明已经平衡了摩擦力．典例示范例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．按图示安装好实验器材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【解析】

(1)①电磁打点计时器应固定在长木板无滑轮的一端，且应靠近右端；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．(2)该同学漏掉的重要实验步骤是________，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______________．补偿阻力BD6V电压的蓄电池8V的交流电源G作a-M关系图像

针对训练1

用如图所示的装置可以完成“探究加速度与力、质量的关系”的实验．

(1)打点计时器使用的电源是___(选填选项前的字母)．A．直流电源B．交流电源(2)实验中，需要平衡摩擦力和其他阻力．正确操作方法是____(选填选项前的字母)．A．把长木板右端垫高B．改变小车的质量BA解析：(1)打点计时器需要交流电源，故选B.(2)需要平衡摩擦力和其他阻力的方法是把长木板右端垫高，用小车所受重力的分力来平衡摩擦力和阻力，故选A.(3)在_____(选填选项前的字母)且计时器打点的情况下，轻推一下小车，若小车拖着纸带做匀速运动，表明已经消除了摩擦力和其他阻力的影响．A．不悬挂槽码B．悬挂槽码(4)实验中，为了保证悬挂槽码的重力近似等于使小车做匀加速运动的拉力，悬挂槽码的总质量m与小车M之间应满足的条件是_____．A．M≫mB．m≫MAA解析：(3)不悬挂槽码，轻推一下小车，若小车拖着纸带做匀速运动，表明已经消除了摩擦力和其他阻力的影响．(4)为了保证悬挂槽码的重力近似等于使小车做匀加速运动的拉力，悬挂槽码的总质量m与小车M之间应满足的条件是M≫m.针对训练2

在探究加速度与力、质量的关系活动中，某小组设计了如图所示的实验装置．图中上下两层水平轨道表面光滑，两小车前端系上细线，细线跨过滑轮并挂上砝码盘，两小车尾部细线连到控制装置上，实验时通过控制装置使两小车同时开始运动，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________(选填“远大于”“远小于”或“等于”)小车的质量．(2)本实验通过比较两小车的位移来比较小车加速度的大小，能这样比较，是因为____________________________________________________．细线与轨道平行(或水平)远小于两小车从静止开始做匀加速直线运动，且两小车的运动时间相等

典例示范例2某小组利用如图甲所示的装置探究加速度与力的关系．实验中他们平衡了小车和木板间的摩擦力，还用天平测出小车的总质量，同时用所挂槽码的总重力代替小车所受的牵引力F.(1)挂槽码前，为了消除摩擦力的影响，应调节木板右侧的高度，直至向左轻推小车观察到纸带上_____________．(2)他们还在实验时调节木板上定滑轮的高度，使牵引小车的细线与木板平行．这样做的目的是____．A．避免小车在运动过程中发生抖动B．使打点计时器在纸带上打出的点迹清晰C．保证小车最终能够做匀速直线运动D．使细线拉力等于小车受到的合力打出的点迹均匀D【解析】

(1)挂槽码前，为了消除摩擦力的影响，应调节木板右侧的高度，直至向左轻推小车观察到小车做匀速运动(纸带上点迹均匀)，摩擦力被平衡掉．(2)使牵引小车的细线与木板平行，这样做的目的是可在平衡摩擦力后使细线拉力等于小车受的合力，故D正确．(3)如下表记录了小车质量一定时，牵引力大小F与对应的加速度a的几组数据，请在图乙的坐标中描点作出a-F图线．槽码个数12345F/N0.490.981.471.962.45a/(m·s－2)0.921.682.322.883.32(4)实验中画出的a-F图线与理论计算的图线(图中已画出)有明显偏差，其原因主要是_________________________________.不满足小车的质量远大于所挂槽码的质量【解析】探究加速度与力的关系实验中，当槽码质量远小于小车质量时，可以认为小车受到的拉力等于槽码重力，如果槽码质量太大，没有远小于小车质量，小车受到的拉力明显小于槽码重力，实验误差较大，a-F图像不再是直线，而发生弯曲，变成曲线，故其原因主要是不满足小车的质量远大于所挂槽码的质量．针对训练3

某组同学设计了“探究加速度a与物体所受合力F及质量m的关系”实验．如图甲为实验装置简图，A为小车，B为电火花计时器，C为槽码，D为一端带有定滑轮的长方形木板，实验中认为细绳对小车拉力F等于槽码的总重力，小车运动的加速度a可用纸带上打出的点求得．(1)某次实验时，测得小车和小车上的槽码总质量为800g，则槽码的总质量较为合理的是(

)A．50gB．500g

C．5kgD．50kg(2)如图乙为某次实验得到的纸带，已知实验所用电源的频率为50Hz.根据纸带可求出电火花计时器打B点时的速度为_____m/s，小车的加速度大小为_____m/s2.(结果均保留两位小数)A1.631.72

(3)在“探究加速度a与质量m的关系”时，某同学按照自己的方案将实验数据都在坐标系中进行了标注，但尚未完成图像(如图丙所示)．请继续帮助该同学作出坐标系中的图像．

答案：根据描点法作出图像，如图所示(4)在“探究加速度a与合力F的关系”时，该同学根据实验数据作出了加速度a与合力F的图线如图丁所示，图线不通过坐标原点的原因是_____________________________________.没有平衡摩擦力或者平衡摩擦力不够解析：图线不通过坐标原点，F不为零时，加速度仍为零，知实验前没有平衡摩擦力或者平衡摩擦力不够．

典例示范例3如图所示是某同学探究加速度与力的关系的实验装置．他在气垫导轨上安装了一个光电门B，滑块上固定一遮光条，滑块用细线绕过气垫导轨左端的定滑轮与力传感器相连，力传感器下方悬挂槽码，每次滑块都从A处由静止释放．(1)该同学用游标卡尺测量遮光条的宽度d.(2)实验时，将滑块从A位置由静止释放，由数字计时器读出遮光条通过光电门B的时间t，若要得到滑块的加速度，还需要测量的物理量是________________________________(用文字表述)．滑块通过光电门的速度为____(用已知量表示)．(3)下列实验操作和要求必要的是____(请填写选项前对应的字母)．A．应将气垫导轨调节水平B．应测出槽码和力传感器的总质量C．应使A位置与光电门B间的距离适当大些D．应使滑块质量远大于槽码和力传感器的总质量遮光条在A处时与光电门B的水平距离

AC【解析】

(3)A对：实验前应将气垫导轨调节水平．B错：滑块受到的拉力可以由力传感器测出，实验不需要测出槽码和力传感器的总质量．C对：为减小实验误差，应使A位置与光电门B间的距离适当大些．D错：滑块受到的拉力可以由力传感器测出，不需要使滑块质量远大于槽码和力传感器的总质量．针对训练4

在探究加速度与力、质量关系的实验中，某同学设计了如图甲所示的实验装置．力传感器可测出轻绳中的拉力大小．(1)实验中为探究加速度与力的关系，一定要进行的操作是_____．A．为减小误差，实验中一定要保证砂和砂桶的质量远小于小车的质量B．用天平测出砂和砂桶的质量C．将带滑轮的长木板右端垫高，以补偿阻力D．小车靠近打点计时器，先接通电源，再释放小车，打出一条纸带，同时记录力传感器的示数CD解析：本题拉力可以由力传感器测出，不需要用天平测出砂和砂桶的质量，也就不需要使小桶(包括砂)的质量远小于车的总质量，故A、B项错误；该题是力传感器测出的拉力，表示小车受到的合外力，故需要将带滑轮的长木板右端垫高，以补偿阻力，故C项正确；小车靠近打点计时器，先接通电源，再释放小车，打出一条纸带，同时记录力传感器的示数，故D项正确．(2)在正确操作的前提下，该同学在实验中得到如图乙所示的一条纸带(两计数点间还有四个点没有画出)．已知打点计时器采用的是频率为50Hz的交流电，根据该纸带，可求打计数点2时小车的速度大小v2＝______m/s，小车的加速度为_____m/s2(结果保留三位有效数字)．0.4112.00

评价检测•素养达标1.如图所示是“探究加速度与力、质量的关系”实验装置：(1)如图是实验时平衡摩擦力的情形，其中正确的是____(选填字母)．B解析：平衡摩擦力时，小车要在无拉力的情况下进行，不需要挂槽码，让小车拖着纸带匀速下滑，故选项B最恰当．

C

2．在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中，渗透了研究问题的多种科学方法：(1)实验环境的等效法：__________________；(2)实验条件设计的科学方法：____________；(3)实验原理的简化：_______，即当小车质量M车≫m槽码时，细绳对小车的拉力大小近似等于槽码的重力m槽码g；平衡摩擦力法控制变量法近似法

解析：(1)由于小车运动