高中物理人教必修一4. 實驗：探究加速度與力、質量的關系導學案

1、第四章 運動和力的關系4.2 實驗:探究加速度與力、質量的關系1、學會用控制變量法研究物理規(guī)律，2、學會怎樣由試驗結果得出結論，3、探究加速度與力、質量的關系對照給出的實驗視圖完成下列問題1描述物體運動狀態(tài)的物理量是？什么情況下說明物體的運動狀態(tài)變了？你怎么理解加速度？2根據(jù)自己經驗，物體加速度的大小跟哪些因素有關？可能有什么關系？我們用什么方法來探究加速度跟這些物理量的關系？3實驗時我們需要測量哪些物理量，怎么測量？測量的數(shù)據(jù)怎么處理？為什么？4小車運動過程中要受到木板給它的摩擦力，怎樣平衡這個摩擦力？又怎樣去驗證摩擦力被完全平衡了？在探究加速度與力、質量的關系的實驗中平衡了摩擦力后，改變重

2、物的質量，或者是改變小車的質量，是否還需要重新平衡摩擦力呢?5實驗結論：物體的加速度與物體的 成反比，與物體 成正比。實驗目的探究加速度與力、質量的關系：當質量一定是，加速度與力成 ；當作用力一定是，加速度與質量成 。實驗原理1、采用控制變量法：當研究對象有兩個以上的參量發(fā)生牽連變化時，我們設法控制某些參量使之不變化，而研究其中 的變化的方法。本試驗有F m a三個參量，研究加速度與力、質量的關系時，我們先控制一個變量。即當力不變時，加速度與 的關系；當質量不變時，加速度與 的關系。2、要測量的物理量有：實驗器材打點計時器，紙帶及復寫紙片，小車，一端附有定滑輪的長木板，小桶和砂，細繩，導線，天

3、平， ， 砝碼。打點計時器紙帶四、實驗步驟1、用天平測出小車和小桶的質量M和M/，把數(shù)值記錄下來。2、按圖把實驗器材裝好，不掛小桶。3、平衡摩擦力：在長木板的不帶定滑輪的一端下面墊上一塊薄木塊，讓小車能在其上面做勻速運動。4、把細繩系在小車上并繞過滑輪懸掛小桶，先接通電源在放開小車，取下紙帶并標上號碼。5、保持質量不變，做上述試驗，把力對應的紙帶標好。6、保持力不變，做上述試驗，將質量對應的紙帶標好。7、計算出加速度，作出加速度與力的圖像及加速度與質量得到數(shù)的圖像?！竞献魈骄俊恳?、實驗數(shù)據(jù)記錄及數(shù)據(jù)處理表一：物理量123456質量M1/M加速度a表二：物理量123456作用力F加速度a畫出圖像

4、：實驗結論：物體的加速度與物體的 成反比，與物體 成正比。二、實驗注意事項總結一、單選題1、1在研究物體的“加速度、作用力和質量”三個物理量的關系時，我們用實驗研究了小車“在質量一定的情況下，加速度和作用力的關系”；又研究了“在作用力一定的情況下，加速度和質量之間的關系”這種研究物理問題的科學方法是（ ）A控制變量法B建立理想模型的方法C等效替代法D類比法2、如圖所示的裝置探究加速度與力、質量的關系，若小車的質量是120g，則砝碼盤及砝碼的質量最好選擇哪個？A10gB50gC100gD1kg3、某同學用如圖所示的裝置探究加速度與力、質量的關系。安裝裝置時長木板的右端用墊木適當墊高的目的是：A使

5、小車有適當?shù)募铀俣菳增加小車受到的拉力C使紙帶上的點更加清晰D平衡小車受到的摩擦力4、如圖所示，A、B兩條直線是在A、B兩地分別用豎直向上的力F拉質量分別為mA和mB的兩個物體得出的加速度a與力F之間的關系圖線，分析圖線可知（ ）比較兩地的重力加速度，有gAgB比較兩物體的質量，有mAmB比較兩地的重力加速度，有gAgB比較兩物體的質量，有mAmBABCD二、非選擇題5、“探究加速度與物體質量、物體受力的關系”的實驗裝置如圖所示(1)為使小車所受合外力等于細線的拉力，應采取的措施是_；要使細線的拉力約等于砝碼及砝碼盤的總重力，應滿足的條件是_.(2)某同學在實驗中打出的一條紙帶如圖所示，他選擇

6、了幾個計時點作為計數(shù)點，相鄰兩計數(shù)點間還有4個計時點沒有標出，其中x17.06 cm、x27.68 cm、x38.30 cm、x48.92 cm，那么打B點的瞬時速度大小是_m/s；紙帶加速度的大小是_m/s2(計算結果保留兩位有效數(shù)字)6、小王同學做“探究加速度與力、質量關系”的實驗。(1)采用電火花打點計時器時，應接下面的哪一個電源？_(2)下列有關本實驗的說法中，正確的有_；A本實驗采用了控制變量法B只需要測量小車的質量，不需要測其他物體質量C平衡小車的阻力時，應將紙帶和小桶都連上D應調整軌道末端的定滑輪，使得連接小車的細線始終與軌道平行(3)如圖為做加速度與力關系實驗時打出的一條紙帶的

7、一部分，圖中各點為實際打的點，“0、1、2”三點為計數(shù)點。打計數(shù)點“1”時小車的速度大小為_m/s，小車的加速度大小為_m/s2。(結果均保留兩位有效數(shù)字)。7、學校物理興趣小組利用如圖甲所示的實驗裝置完成“探究加速度與力的關系”的實驗。他們所用的器材有小車、一端帶有滑輪的導軌、打點計時器和幾個已知質量的鉤碼，另有學生電源和力傳感器（圖中未畫出）。（1）圖乙是實驗中得到的一條紙帶，圖中打相鄰兩計數(shù)點的時間間隔為0.1s，由圖中數(shù)據(jù)可得打點計時器打下B點時小車的速度大小_m/s，小車的加速度大小a_m/s2（結果均保留三位有效數(shù)字）（2）實驗小組A、B分別以各自測得的加速度a為縱軸，小車所受的合

8、力F為橫軸，作出圖象如圖丙中圖線1、2所示，則圖線1、2中對應小車（含車內的鉤碼）的質量較大的是圖線_（選填“1”或“2”）。8、為了“探究加速度與力、質量的關系”，現(xiàn)提供如圖甲所示的實驗裝置：（1）以下實驗操作正確的是_A將木板不帶滑輪的一端適當墊高，使小車在砝碼及砝碼盤的牽引下恰好做勻速運動B調節(jié)滑輪的高度，使細線與木板平行C先接通電源后釋放小車D實驗中小車的加速度越大越好（2）在實驗中，得到一條如圖乙所示的紙帶，己知相鄰計數(shù)點間的時間間隔為，且間距已量出分別，則小車的加速度a=_ （結果保留兩位有效數(shù)字）.（3）有一組同學保持小車及車中的砝碼質量一定，探究加速度a與所受拉力F的關系，他們

9、在軌道水平及傾斜兩種情況下分別做了實驗，得到了兩條圖線，如圖丙所示，圖線_是在軌道傾斜情況下得到的（填“或“”）；小車及車中袪碼的總質量_kg（結果保留兩位有效數(shù)字）.一、單選題1、在研究小車的加速度a和小車的質量M的關系時，由于始終沒有滿足Mm(m為砂桶及砂桶中砂的質量)的條件，結果得到的圖象應是如下圖中的圖()A BC D2、某同學采用如圖1所示的裝置探究物體的加速度與所受合力的關系.用砂桶和砂的重力充當小車所受合力F；通過分析打點計時器打出的紙帶，測量加速度a.分別以合力F和加速度a作為橫軸和縱軸，建立坐標系.根據(jù)實驗中得到的數(shù)據(jù)描出如圖2所示的點跡，結果跟教材中的結論不完全一致.該同學

10、列舉產生這種結果的可能原因如下：(1)在平衡摩擦力時將木板右端墊得過高；(2)沒有平衡摩擦力或者在平衡摩擦力時將木板右端墊得過低；(3)砂桶和砂的質量過大，不滿足砂桶和砂的質量遠小于小車質量的實驗條件；(4)測量小車的質量或者加速度時的偶然誤差過大通過進一步分析，你認為比較合理的原因可能是()A(1)和(4) B(2)和(3) C(1)和(3) D(2)和(4)3、在“探究加速度與力、質量的關系”的實驗中，下列做法正確的是 （）A在用打點計時器打紙帶時，應該先放開小車，再接通打點計時器的電源B在探究加速度與質量的關系時，應該改變拉力F的大小C在探究加速度與質量的關系時，為了直觀判斷兩者間的關系

11、，應作出a-1m 圖象D在探究加速度與力的關系時，作a-F圖象應該用折線將所描的點依次連接4、如圖所示小車打點計時器一電池是某同學利用教材提供的方案進行“探究加速度與力、質量的關系”實驗時，正要打開夾子時的情況，某同學指出了實驗時的幾個錯誤，其說法不正確的是（ ）A實驗前沒有平衡摩擦力B拉小車的細線應平行于水平桌面C實驗電源應為交流電源D小車應靠近打點計時器且打點計時器應距左端較近二、非選擇題5、某同學用如圖甲所示的實驗裝置來“探究a與F、m之間的定量關系”。（1）實驗時，必須先平衡小車與木板之間的摩擦力。該同學是這樣操作的：如圖乙，將小車靜止地放在水平長木板上，并連著已穿過打點計時器的紙帶，

12、調整木板右端的高度，接通電源，用手輕撥小車，讓打點計時器在紙帶上打出一系列_的點，說明小車在做_運動。（2）如果該同學先如（1）中的操作，平衡了摩擦力。以砂和砂桶的重力為F，在小車質量M保持不變情況下，不斷往桶里加砂，砂的質量最終達到M，測小車加速度a，作aF的圖象。如圖丙圖線正確的是_。（3）設紙帶上計數(shù)點的間距為s1和s2。下圖為用米尺測量某一紙帶上的s1、s2的情況，從圖中可讀出s13.10cm，s2_cm，已知打點計時器的頻率為50Hz，由此求得加速度的大小a_m/s2。6、如圖甲為某次實驗中用打點計時器打出的一條較理想的紙帶，紙帶上A、B、C、D、E、F、G為七個相鄰的計數(shù)點，相鄰計

13、數(shù)點間的時間間隔是0.1 s，A與各點之間的距離如圖所示，單位是cm，紙帶的加速度是_ m/s2(結果保留3位有效數(shù)字)，在驗證質量一定時加速度a和合外力F的關系時，某學生根據(jù)實驗數(shù)據(jù)作出了如圖乙所示的aF圖象，其原因是_。7、在“探究加速度與力、質量的關系”實驗中，某次實驗測得如下數(shù)據(jù)：當m一定時，a與F的關系如表一所示；當F一定時，a與的關系如表二所示表一F/N1.002.003.004.001.903.955.857.62表二0.520.670.801.001.532.102.493.10（1）在如圖所示的相應坐標系中，根據(jù)表一、表二所給數(shù)據(jù)作出圖象（_）（2）由圖象可以判定：當m一定時

14、，a與F的關系為_；當F一定時，a與m的關系為_（3）在研究a與m的關系時，作了a圖象，而沒作am圖象，那么作a圖象有何優(yōu)點？_。8、為了探究質量一定時加速度與力的關系。一同學設計了如圖甲所示的實驗裝置。其中為帶滑輪的小車的質量，為砂和砂桶的質量。（滑輪質量不計）（1）實驗時，一定要進行的操作或保證的條件是_。A用天平測出砂和砂桶的質量B將帶滑輪的長木板右端墊高，以平衡摩擦力C小車靠近打點計時器，先釋放小車，再接通電源，打出一條紙帶，同時記錄彈簧測力計的示數(shù)D改變砂和砂桶的質量，打出幾條紙帶E.為減小誤差，實驗中一定要保證砂和砂桶的質量遠小于小車的質量（2）該同學在實驗中得到如圖乙所示的一條紙

15、帶（相鄰兩計數(shù)點間還有兩個點沒有畫出），已知打點計時器采用的是頻率為的交流電，根據(jù)紙帶可求出小車的加速度為_（結果保留兩位有效數(shù)字）。（3）以彈簧測力計的示數(shù)為橫坐標，加速度為縱坐標，畫出的圖象是一條直線，圖線與橫軸的夾角為，求得圖線的斜率為，則小車的質量為_A B C D。參考答案【實踐研究】1、A；2、A；3、D；4、D；5、【答案】 平衡摩擦力 小車質量遠大于砝碼及砝碼盤的質量 0.74 0.62【解析】(1)1為使小車所受合外力等于細線的拉力，就需要平衡掉摩擦力的影響，故采取的措施是平衡摩擦力.2要使細線的拉力約等于砝碼及砝碼盤的總重力，應滿足的條件是小車質量遠大于砝碼及砝碼盤的質量.

16、(2)34打點計時器使用的都是交流電源，每隔0.02 s打一個點根據(jù)題意相鄰計數(shù)點間的時間間隔t0.1 s，則B點的速度為A、C兩點間的平均速度：vBm/s0.74 m/s由：可得：a代入數(shù)據(jù)解得：6、【答案】 B AD 0.32 0.34(0.300.34均可)【解析】(1)1電火花計時器是直接使用220V交流電源的，故A錯誤B正確。(2)2 A“探究加速度與力、質量關系”的實驗，要采用控制變量法，故選項A正確；B除小車質量外，還需要測小桶和里面沙子的總質量（其重力代替拉力的），故選項B錯誤；C平衡阻力時，應將紙帶連上，但是不應將小桶連上，故選項C錯誤；D細線要與木板平行，否則合力是變力，故

17、D正確。(3)3根據(jù)勻變速直線運動中，中間時刻的瞬時速度等于平均速度可得，打計數(shù)點“1”時小車的速度大小為4根據(jù)可得，加速度為：7、【答案】 0.101 0.195 1【解析】(1) 1由平均速度公式，求打下B點的速度：(1)2間的距離，間的距離，間的距離，間的距離，利用逐差法求小車的加速度：(2) 3由牛頓第二定律得：，圖線斜率：，小車在質量越大，圖象的斜率越小，由圖示圖象可知，圖線1的斜率小，則圖線1對應的小車質量大。8、【答案】 (1) BC； (2) 0.34 ； (3)， 0.67【解析】（1）1A.平衡摩擦力就是讓小車在無拉力的作用下做勻速直線運動，讓重力沿斜面的分力等于小車受到的

18、摩擦力。所以平衡時應為：將不帶滑輪的木板一端適當墊高，在不掛鉤碼的情況下使小車恰好做勻速運動.故A錯誤.B.為了使繩子拉力代替小車受到的合力，需要調節(jié)滑輪的高度，使細線與木板平行.故B正確.C.使用打點計時器時，為了有效利用紙帶，應先接通電源后釋放小車.故C正確.D.試驗中小車的加速度不是越大越好，加速度太大，紙帶打的點太少，不利于測量.故D錯誤.（2）2由勻變速運動的規(guī)律得：s4-s1=3a1T2s5-s2=3a2T2s6-s3=3a3T2聯(lián)立并代入數(shù)據(jù)解得：（3）3 由圖象可知，當F=0時，a0也就是說當繩子上沒有拉力時小車就有加速度，該同學實驗操作中平衡摩擦力過大，即傾角過大，平衡摩擦力

19、時木板的右端墊得過高。所以圖線是在軌道右側抬高成為斜面情況下得到的。4根據(jù)F=ma得a-F圖象的斜率由a-F圖象得圖象斜率k=1.5，所以m=0.67kg【課后鞏固】1、D；2、C；3、C；4、D；5、【答案】 點跡均勻 勻速直線 C 5.55 2.45【解析】（1）12平衡摩擦力時，應將繩從小車上拿去，不要掛鉤碼，將長木板的右端墊高至合適位置，使小車重力沿斜面分力和摩擦力抵消，若打點計時器在紙帶上打出一系列點跡均勻的點，說明小車在做勻速直線運動。（2）3AC.如果這位同學先如（1）中的操作，已經平衡摩擦力，則剛開始a-F的圖象是一條過原點的直線，不斷往桶里加砂，砂的質量最終達到M，不能滿足砂和砂桶的質量遠遠小于小車的質量，此時圖象發(fā)生彎曲，故A錯誤，C正確；B. aF圖象與縱軸的截距，說明平衡摩擦力有點過分，與題意不合，故C錯誤；D. aF圖象與橫軸的截距，說明沒有平衡摩擦力或平衡摩擦力不足，與題意不合，故D錯誤.（3）4從圖中可讀出s29.60cm-4.05cm=5.55cm。5由逐差法s=at2，其中t=0.