4.2实验：探究加速度与力、质量的关系导学案1 2022-2023学年上学期高一物理人教版（2019）必修第一册

实验：探究加速度与力、质量的关系 学习目标 1．通过探究加速度与力、加速度与质量的关系，学会用控制变量法探究物理规律 2．通过平衡摩擦力的实验，体验等效法在物理中的应用 3．通过实验探究，理解加速度与力、质量的关系 实验目的 1．学会用控制变量法研究物理规律． 2．会测量加速度、力和质量，能作出物体运动的a-F、图像． 3．通过实验探究加速度与力、质量的定量关系． 实验原理 1．保持研究对象即小车的质量不变，改变盘内砝码的质量，即改变作用力，测出小车的对应加速度，验证加速度是否正比于作用力． 2．保持盘中砝码的质量不变，即保持作用力不变，改变研究对象的质量，测出对应不同质量的加速度，验证加速度是否反比于质量． 实验器材 一端装有定滑轮的长木板、小车、砝码、打点计时器、低压交流电源、纸带、刻度尺、天平． 实验步骤 1．用天平测出小车和盘的质量m和m′，把数值记录下来． 2．按图把实验器材装好，不挂小盘． 3．平衡摩擦力：在长木板的不带定滑轮的一端下面垫上一块薄木块，让小车能在其上面做匀速运动． 4．把细绳系在小车上并绕过滑轮悬挂小盘，先接通电源再放开小车，取下纸带并标上号码． 5．保持质量不变，做上述实验，把不同力对应的纸带标好． 6．保持力不变，做上述实验，将不同质量对应的纸带标好． 7，计算出加速度，作出加速度与力的图像及加速度与质量的倒数的图像． 表一： 物理量 1 2 3 4 5 6 质量M 质量的倒数 加速度a 表二： 物理量 1 2 3 4 5 6 作用力F 加速度a 在图中画出图像： 实验结果 物体的加速度与物体的质量成反比，与物体所受合外力成正比． 误差分析 1．盘和砝码的总重力约等于小车所受的合外力，但实际小车所受拉力小于盘和砝码的总重力．小车的质量与盘和砝码的总质量相差越大，这种误差越小． 2．为减小长度测量时的偶然误差，可进行多次测量取平均值．描点法作图像使测出的点尽可能均衡分布于直线两侧，就是一种平均的办法，若有个别点离直线较远，误差很大，属于错误数据，可直接舍去． 3．没有平衡摩擦力或摩擦力平衡不足，实验中作出的a-F或图像不过原点． 改进方案 可在绳上加力的传感器，直接测出拉力的大小． 典型例题 例1 用如图所示的装置探究在作用力F一定时，小车的加速度a与小车质量M的关系，某位同学设计的实验步骤如下： A．用天平称出小车和小桶及其内部所装沙子的质量； B．按图装好实验器材； C．把轻绳系在小车上并绕过定滑轮悬挂沙桶； D．将电磁打点计时器接在6 V电压的蓄电池上，接通电源，放开小车，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．保持小桶及其内部所装沙子的质量不变，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-M关系． （1）该同学漏掉的重要实验步骤是_____，该步骤应排在实验步骤_____之后； （2）在上述步骤中，有错误的是_____，应把_____改为_____； （3）在上述步骤中，处理不恰当的是_____，应把_____改为_____． 拓展练习 1．“探究加速度与力、质量的关系”实验中： （1）当质量m一定时，a与F合成_____；当力F一定时，a与m成_____． （2）如图所示为“探究加速度与力、质量的关系”的实验装置图，以下做法正确的是_____． A．平衡摩擦力时，应将重物用细绳通过定滑轮系在小车上 B．本实验中探究的方法是控制变量法 C．实验时，先放开小车，后接通电源 D．“重物的质量远小于小车的质量”这一条件如不满足，对探究结果也不会产生影响 典型例题 例2 某同学用如图所示的装置做“探究加速度与力、质量的关系”实验，当小车的质量一定时，测得小车的加速度a与拉力F的数据如下表： F/N 0.20 0.30 0 ... ...