人教版必修第一冊(cè) 第四章 2實(shí)驗(yàn)探究加速度與力質(zhì)量的關(guān)系 學(xué)案

2實(shí)驗(yàn):探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系［定位?學(xué)習(xí)目標(biāo)］.經(jīng)歷探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系的設(shè)計(jì)過程,能夠依據(jù)要求進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì),學(xué)會(huì)選擇合理的實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行探究實(shí)驗(yàn)。.經(jīng)歷用圖像處理數(shù)據(jù)的過程,從圖像中發(fā)現(xiàn)物理規(guī)律，培養(yǎng)學(xué)生收集信息、獲取證據(jù)的能力。.經(jīng)歷實(shí)驗(yàn)操作和測(cè)量的過程,知道如何平衡摩擦力、減小系統(tǒng)誤差等操作方法，體會(huì)探究過程的科學(xué)性和嚴(yán)謹(jǐn)性，培養(yǎng)與人合作、學(xué)會(huì)分享的團(tuán)隊(duì)精神。一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?學(xué)會(huì)用控制變量法探索物理規(guī)律。.探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系。二、實(shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)的基本思想一一控制變量法⑴加速度與力的關(guān)系:保持小車質(zhì)量不變，通過改變槽碼的個(gè)數(shù)改變小車所受拉力。測(cè)得不同拉力下小車運(yùn)動(dòng)的加速度,找出加速度與拉力的關(guān)系。⑵加速度與質(zhì)量的關(guān)系：保持小車所受的拉力不變,通過在小車上增加重物改變小車的質(zhì)量。測(cè)得不同質(zhì)量的小車在這個(gè)拉力下運(yùn)動(dòng)的加速度,找出加速度與質(zhì)量的關(guān)系。三、實(shí)驗(yàn)器材答案：(1)見解析(2)D(3)a-室小車、祛碼、槽碼、細(xì)線、一端附有定滑輪的長(zhǎng)木板、墊木、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、交流電源、紙帶、刻度尺、天平。四、實(shí)驗(yàn)步驟.用天平測(cè)出小車的質(zhì)量M,并把數(shù)值記錄下來。.按如圖所示把實(shí)驗(yàn)器材安裝好,紙帶穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器連在小車上（小車上先不系繩）。.阻力補(bǔ)償:在長(zhǎng)木板不帶定滑輪的一端下面墊一墊木,反復(fù)移動(dòng)墊木位置，接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器電源,輕推小車,直到小車拖動(dòng)紙帶能在斜面上做勻速直線運(yùn)動(dòng)為止（紙帶上相鄰點(diǎn)間距相等）。.細(xì)繩一端掛槽碼,另一端繞過定滑輪系在小車上,接通電源,放開小車,在小車碰到定滑輪前停住小車,關(guān)閉打點(diǎn)計(jì)時(shí)器電源,取下紙帶，并標(biāo)上號(hào)碼,據(jù)此計(jì)算出小車的加速度。.保持小車（含祛碼）的質(zhì)量不變,改變所掛槽碼的總質(zhì)量,重復(fù)步驟4,多做幾次實(shí)驗(yàn),記錄所掛槽碼的總重力mg,iihg、…，并填入表1中。表1次數(shù)123456小車加速度a/（m?s-2）槽碼的質(zhì)量m/kg拉力F/N.保持槽碼的質(zhì)量不變,在小車上加放祛碼,重復(fù)步驟4,多做幾次實(shí)驗(yàn)，記錄小車和祛碼的總質(zhì)量此、M2、…，并填入表2中。表2次數(shù)123456小車加速度a/（m?s-2）小車（含祛碼）質(zhì)量M/kg的屋.在每條紙帶上選取一段比較理想的部分,利用逐差法計(jì)算出每條紙帶對(duì)應(yīng)的加速度的值，填入相應(yīng)表格中。.整理實(shí)驗(yàn)器材,結(jié)束實(shí)驗(yàn)。五、數(shù)據(jù)處理.由表1中記錄的數(shù)據(jù)，以a為縱坐標(biāo)、F為橫坐標(biāo),根據(jù)數(shù)據(jù)作a_F圖像（如圖所示），找出規(guī)律,分析a與F的關(guān)系。.由表2中記錄的數(shù)據(jù),分別以a為縱坐標(biāo)、M和白為橫坐標(biāo),根據(jù)數(shù)據(jù)作圖像和a.白圖像（如圖所示），分析a與M的關(guān)系。.實(shí)驗(yàn)結(jié)論。⑴保持物體質(zhì)量不變時(shí),物體的加速度a與所受力F成正比。（2）在力F不變時(shí),物體的加速度a與質(zhì)量M成反比。六、誤差分析

內(nèi)產(chǎn)生原因減小方法容偶質(zhì)量測(cè)量不準(zhǔn)、計(jì)數(shù)點(diǎn)間距測(cè)量不準(zhǔn)多次測(cè)量求平均值然小車所受拉力測(cè)量不(1)準(zhǔn)確補(bǔ)償阻力；誤準(zhǔn)(2)使細(xì)繩和紙帶平行于木板差作圖不準(zhǔn)使盡可能多的點(diǎn)落在直線上或均勻分布在直線兩側(cè),誤差較大的點(diǎn)舍去系統(tǒng)槽碼受到的總重力代使槽碼的總質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車(含祛碼)誤替小車所受的拉力的質(zhì)量差七、注意事項(xiàng).調(diào)節(jié)滑輪的高度，使?fàn)恳≤嚨募?xì)繩與長(zhǎng)木板保持平行。.補(bǔ)償阻力時(shí)不要掛重物,整個(gè)實(shí)驗(yàn)補(bǔ)償阻力后,不管以后是改變槽碼的個(gè)數(shù),還是改變小車及祛碼的質(zhì)量,都不需要重新補(bǔ)償阻力。.實(shí)驗(yàn)中必須滿足小車和眩碼的總質(zhì)量遠(yuǎn)大于槽碼的總質(zhì)量。只有如此,所掛槽碼受到的總重力才可視為與小車受到的拉力相等。.作圖像時(shí),要使盡可能多的點(diǎn)在所作直線上,不在直線上的點(diǎn)應(yīng)盡可能對(duì)稱分布在所作直線兩側(cè)。離直線較遠(yuǎn)的點(diǎn)是錯(cuò)誤數(shù)據(jù),可舍去。.小車釋放時(shí)應(yīng)靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器,且先接通電源再放開小車。要點(diǎn)一實(shí)驗(yàn)原理與操作［例1］用如圖所示的裝置可以完成“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)。⑴打點(diǎn)計(jì)時(shí)器使用的電源是（填選項(xiàng)前的字母）。A.直流電源B.交變電源（2）實(shí)驗(yàn)中，需要平衡摩擦力和其他阻力。正確操作方法是（填選項(xiàng)前的字母）。A.把長(zhǎng)木板右端墊高B.改變小車的質(zhì)量⑶在（填選項(xiàng)前的字母）且計(jì)時(shí)器打點(diǎn)的情況下,輕推一下小車,若小車拖著紙帶做勻速運(yùn)動(dòng),表明已經(jīng)消除了摩擦力和其他阻力的影響。A.不懸掛槽碼B.懸掛槽碼（4）實(shí)驗(yàn)中，為了保證懸掛槽碼所受重力近似等于使小車做勻加速運(yùn)動(dòng)的拉力，懸掛槽碼的總質(zhì)量m與小車（含祛碼）質(zhì)量M之間應(yīng)滿足的條件是（填選項(xiàng)前字母）。A.M?mB.m?M解析：（1）打點(diǎn)計(jì)時(shí)器需要交變電源,故選B。⑵平衡摩擦力和其他阻力的方法是把長(zhǎng)木板右端墊高，用小車所受重力沿木板的分力來平衡摩擦力和阻力，故選Ao⑶不懸掛槽碼,輕推一下小車,若小車拖著紙帶做勻速運(yùn)動(dòng),表明已經(jīng)消除了摩擦力和其他阻力的影響。⑷為了保證懸掛槽碼所受重力近似等于使小車做勻加速運(yùn)動(dòng)的拉力,懸掛槽碼的總質(zhì)量m與小車（含祛碼）質(zhì)量M之間應(yīng)滿足的條件是M?m。答案：(1)B(2)A(3)A(4)A［即時(shí)訓(xùn)練］用如圖所示的裝置探究在拉力F一定時(shí)，小車的加速度a與小車(含祛碼)質(zhì)量m的關(guān)系。某同學(xué)設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)步驟如下：A.用天平稱出小車和小桶及內(nèi)部所裝沙子的質(zhì)量B.將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在長(zhǎng)木板上,并用紙帶穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器連接小車C.把輕繩系在小車上并繞過定滑輪連接在小桶上D.將電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器接在電壓為6V的蓄電池上,啟動(dòng)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，放開小車,打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上打下一系列點(diǎn),并在紙帶上標(biāo)明小車質(zhì)量E.保持小桶及桶內(nèi)沙子的質(zhì)量不變，增加小車上的祛碼個(gè)數(shù),并記錄每次增加后的m值,重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)F.分析每條紙帶,測(cè)量并計(jì)算出加速度的值G.作圖像,并由圖像確定a與m的關(guān)系(1)該同學(xué)漏掉的一個(gè)重要實(shí)驗(yàn)步驟是，該步驟應(yīng)排在步驟之后O⑵在上述步驟中,有錯(cuò)誤的是步驟,應(yīng)把改為。⑶在上述步驟中，處理不恰當(dāng)?shù)氖遣襟E,應(yīng)把改為。解析：(1)在做實(shí)驗(yàn)前首先應(yīng)該補(bǔ)償阻力,此過程應(yīng)排在把輕繩系在小車上并繞過定滑輪連接小桶之前，即C之前。(2)電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器接在電壓為6V的蓄電池上將無法工作，必須接在8V的交變電源上。⑶作a-m圖像,得到的是曲線,很難進(jìn)行正確的判斷,必須“化曲為直”，改作a,圖像。m答案：(1)補(bǔ)償阻力C(2)D6V的蓄電池8V的交變電源(3)G圖像a」■圖像m要點(diǎn)二實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與誤差分析［例2］某同學(xué)設(shè)計(jì)了一個(gè)“探究加速度a與物體所受合力F及物體質(zhì)量m的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn),如圖甲所示為實(shí)驗(yàn)裝置簡(jiǎn)圖(交流電源的頻率為50Hz)o⑴圖乙為某次實(shí)驗(yàn)得到的紙帶,根據(jù)紙帶可求出小車的加速度大小為m/s2o(結(jié)果保留2位有效數(shù)字)⑵保持沙和沙桶的質(zhì)量不變,改變小車質(zhì)量m,分別得到小車加速度a與質(zhì)量m及對(duì)應(yīng)的二數(shù)據(jù)如下表。m序號(hào)小車加速度a/(m?s-2)小車質(zhì)量m/kg》kgT11.900.254.0021.720.293.4531.490.333.0341.250.402.5051.000.502.0060.750.711.4170.501.001.0080.301.670.60請(qǐng)?jiān)趫D丙所示的坐標(biāo)紙中畫出a,圖線，由圖線可得小車的加速度am與質(zhì)量的倒數(shù)三之間的關(guān)系式為。m⑶保持小車的質(zhì)量不變,改變沙和沙桶的質(zhì)量,該同學(xué)根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作出了加速度a隨合力F變化的圖線,如圖丁所示。該圖線不通過原點(diǎn)，其主要原因是。解析：(1)在連續(xù)相等的時(shí)間間隔內(nèi)，從紙帶上可得到四段位移，因此可以用逐差法計(jì)算加速度。已知Xi=6.19cm,x2=6.70cm,x3=7.21cm,x4=7.72cm,電火花計(jì)時(shí)器的計(jì)時(shí)周期T/=0.02s,由逐差法可得X3-x尸2al?(2T)2,x「X2=2&?(2T),則。見約金山馬登I』.2位。22x2x(2T)2⑵在a」坐標(biāo)系中描點(diǎn)連線，得a,圖線如圖所示，由圖線可知,其斜mm率為"貝！J22m⑶由a-F圖線可知,F增大到某一值時(shí)小車才開始有加速度,說明實(shí)驗(yàn)前沒有補(bǔ)償阻力或者補(bǔ)償阻力不足。答案：(1)3.2(2)圖見解析aqL2m(3)實(shí)驗(yàn)前沒有補(bǔ)償阻力或者補(bǔ)償阻力不足實(shí)驗(yàn)誤差分析(1)若平衡阻力時(shí),木板墊起的傾角過小,則a_F,圖像如圖甲、乙①②所示。(2)若平衡阻力時(shí)?，木板墊起的傾角過大，則a_F,a_^圖像如圖甲、乙M③④所示。(3)若實(shí)驗(yàn)中沒有滿足M遠(yuǎn)大于叫則a_F,圖像如圖丙、丁所示。(M為小車質(zhì)量,m為所掛重物質(zhì)量)要點(diǎn)三實(shí)驗(yàn)拓展與創(chuàng)新［例3］為了探究加速度與力的關(guān)系，使用下圖所示的氣墊導(dǎo)軌裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。其中G、Gz為兩個(gè)光電門，它們與數(shù)字計(jì)時(shí)器相連，當(dāng)滑塊通過Gi、Gz光電門時(shí),光束被遮擋的時(shí)間△ti、At2都可以被測(cè)量并記錄,滑塊連同上面固定的擋光片的總質(zhì)量為M,擋光片寬度為D,光電門間距離為x,牽引鉤碼的質(zhì)量為m。請(qǐng)回答下列問題。(1)實(shí)驗(yàn)開始應(yīng)先調(diào)節(jié)氣墊導(dǎo)軌下面的螺釘，使氣墊導(dǎo)軌水平,在不增加其他儀器的情況下，如何判定調(diào)節(jié)是否到位？。⑵若取M=0.4kg,改變m的值,進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn)，以下m的取