4.2 实验：探究加速度与力、质量的关系（课件+word）-【创新设计】2019版同步课堂讲义物理（人教版必修1）浙江专用

第2课时　实验：探究加速度与力、质量的关系 [研究学考·明确要求] 知识内容 探究加速度与力、质量的关系 考试要求 学考 选考 √ 基本要求 1.认识影响加速度的因素——力和质量。 2.通过实验测量加速度、力、质量，会作出加速度与力、加速度与质量的关系图象。 3.能根据图象得出加速度与力、质量的关系。 4.体会“控制变量法”对研究问题的意义。 5.知道平衡摩擦力的方法和判断摩擦力是否平衡的方法。 发展要求 1.体验实验探究过程：明确实验目的、分析实验思路、制定实验方案、得出实验结论。 2.初步认识数据处理时变换坐标轴的方法。 3.初步了解将“不易测量的物理量转化为可测物理量”的实验方法。 4.会对实验误差作初步分析。 说明 不要求运用a－F图象和a－图象分析与解决问题。 知识点一　探究加速度与力、质量的关系 [基 础 梳 理] 1．实验器材 小车、砝码、小桶、砂、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。 2．实验原理 (1)实验的基本思想——控制变量法 ①保持研究对象即小车的质量不变，改变小桶内砂的质量，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保持小桶中砂的质量不变，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。 (2)三个物理量的测量 ①小车质量的测量 利用天平测出，在小车上增减砝码可改变小车的质量。 ②拉力的测量 当小桶和砂的质量远小于小车的质量时，可以认为小桶和砂的重力近似等于对小车的拉力，即F≈mg。 ③加速度的测量：逐差法。放在长木板上的小车在拉力的作用下做匀加速直线运动。 3．实验步骤 (1)用天平测量小盘的质量m0和小车的质量M0，并把数值记录下来。 (2)按图1实验器材安装好(小车上不系绳)。 图1 (3)平衡摩擦力。把木板无滑轮的一端下面垫一薄木板，反复移动其位置，使小车在不挂小盘和砝码的情况下，能沿木板做匀速直线运动(直到打点计时器打出的纸带上相邻点的间距相等)。 (4)把小车停放在打点计时器处，挂上小盘和砝码，先接通电源后放开小车，用纸带记录小车的运动情况；取下纸带并在纸带上标上号码及此时所挂小盘和砝码的总重力m1g。 (5)保持小车的质量不变，改变小盘中砝码的质量，重复步骤4，多做几次实验，并记录好相应纸带的编号及所挂小盘和砝码的总重力m2g、m3g… (6)保持小车所受的合外力不变，在小车上加钩码，接通电源后放开小车，用纸带记录小车的运动情况；取下纸带，并在纸带上标上号码及小车和钩码的总质量M1。 (7)继续在小车上增加钩码，重复步骤6，多做几次实验，在每次实验得到的纸带上标上号码及小车和钩码的总质量M2、M3… (8)用公式Δx＝aT2或a＝求得小车的加速度a ，将得到的数据填入相应表格中，以便进行数据验证。 4．数据处理 (1)把小车在不同力作用下产生的加速度填在表中： 物理量 1 2 3 4 5 6 作用力(小盘和砝码的重力) 加速度a 以a为纵坐标、F为横坐标，根据数据作a－F图象，用曲线拟合测量点，找出规律，分析a与F的关系。 (2)把不同质量的小车(小车和钩码)在相同力的作用下产生的加速度填在表中： 物理量 1 2 3 4 5 6 小车和钩码质量M [来源:学科网] 加速度a 分别以a为纵坐标、M和图象，分析a与M的关系。 为横坐标，根据数据作a－M图象和a－ (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。 5．误差分析 (1)实验原理不完善造成系统误差： 实验中用小盘和砝码的总重力代替小车受到的拉力(实际上小车受到的拉力要小于小盘和砝码的总重力)，存在系统误差；小盘和砝码的总质量越接近小车的质量，误差就越大，反之，小盘和砝码的总质量越小于小车的质量，误差就越小。 (2)测量、操作不够准确造成偶然误差： ①质量的测量误差。 ②纸带上打点计时器打点间隔距离的测量误差。 ③拉线或纸带不与木板平行会造成误差。 ④平衡摩擦力不够(或过度)造成的误差，该误差使作出的图线在横轴(或纵轴)上产生截距。 6．注意事项 (1)实验中小车靠近打点计时器且应先接通电源后释放小车。 (2)在平衡摩擦力时，不要悬挂小桶，但小车应连着纸带且接通电源。用手轻轻地给小车一个初速度，如果在纸带上打出的点的间隔均匀，表明小车受到的阻力跟它受到的重力沿斜面向下的分力平衡。 (3)改变砂的质量过程中，要始终保证砂桶(包括砂)的质量远小于小车的质