4.2 实验：探究加速度与力、质量的关系—人教版（2019）高中物理必修第一册学案

2．实验：探究加速度与力、质量的关系 目标体系构建 明确目标·梳理脉络　 【学习目标】　 1．学会用“控制变量法”探究加速度与力、质量的定量关系。 2．会测量加速度、力和质量，能作出物体运动的a－F、a－图像。 3．通过图像探究加速度与力、质量的定量关系。 【思维脉络】 课前预习反馈 教材梳理·落实新知　 一、实验思路 1．实验装置 将小车置于__水平木板__上，通过滑轮与__槽码__相连。小车可以在槽码的牵引下运动。 2．实验思路 (1)加速度与力的关系 保持小车__质量不变__二者之间的定量关系。 加速度与__拉力__的变化情况测得不同__拉力__下小车运动的加速度 (2)加速度与质量的关系 保持小车所受的__拉力不变__二者之间的定量关系。 加速度与__质量__的变化情况测得不同__质量__的小车在这个拉力下运动的加速度 二、物理量的测量 1．质量的测量：可以用__天平__测量。 2．加速度的测量 方法1：由x＝__。 at2计算出加速度a＝__ 方法2：将打点计时器的纸带连在小车上，根据__纸带上__打出的点来测量加速度。 方法3：两个初速度为零的匀加速直线运动的物体，在相等时间内的位移之比就等于加速度之比，即____。 ＝ 3．力的测量：小车所受的拉力__替代__合力，用悬挂物重力替代小车所受的拉力。(条件是槽码的质量要比小车的质量小很多) 课内互动探究 细研深究·破疑解难　 一、实验步骤 1．安装实验器材：将小车置于带有定滑轮的木板上，将纸带穿过打点计时器后挂在小车尾部。 2．平衡摩擦力：用薄垫块将一端垫高，调整其倾斜程度，直到小车运动时打点计时器在纸带上打出的点分布均匀为止。 3．悬挂重物：在细线一端挂上重物，另一端通过定滑轮系在小车前端。 4．收集纸带数据：将小车靠近打点计时器后开启打点计时器，并让小车由静止释放，打点计时器在纸带上打出一系列点，据此计算出小车的加速度。 5．改变小车受力： (1)保持小车的质量不变，通过增加槽码的数量，增加重物的质量(总质量仍远小于小车质量)。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所挂槽码的总重力m1g。 (2)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槽码的总重力m2g、m3g… 6．改变小车质量： (1)保持重物(小车所受的拉力)不变，通过增加或减少小车上的砝码的方式，改变小车的质量，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砝码的总质量M1。 (2)继续在小车上增加砝码，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砝码的总质量M2、M3… 7．求加速度：用公式Δx＝aT2，求得小车的加速度a，将得到的数据填入相应表格中，以便进行数据处理。 二、数据收集与分析 1．列F、a数据收集表： 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(槽码的重力) 加速度a 2．作a－F图像的方法：以a为纵坐标，F为横坐标，根据数据作a－F图像，用曲线拟合测量点，找出规律，分析a与F的关系。 3．列M、a收集数据 把不同质量的小车(小车和砝码)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 小车和砝码质量M 加速度a 4．作a－图像，分析a与M的关系。 为横坐标，根据数据作a－M图像和a－图像的方法：分别以a为纵坐标、M和 5．实验结论： (1)对同一物体，当M不变时，物体的加速度a与所受力F成正比。 (2)对不同物体，当F不变时，物体的加速度a与质量M成反比。 三、注意事项 1．平衡摩擦力时不要挂重物，整个实验平衡了摩擦力后，不管以后是改变槽码的个数，还是改变小车及砝码的质量，都不需要重新平衡摩擦力。 2．实验中必须满足小车和砝码的总质量远大于槽码的总质量。只有如此，砝码和小盘的总重力才可视为与小车受到的拉力相等。 3．各纸带的加速度a，都应是该纸带上的平均加速度。 4．作图像时，要使尽可能多的点在所作直线上，不在直线上的点应尽可能对称分布在所作直线两侧。离直线较远的点是错误数据，可舍去不予考虑。 5．释放时小车应靠近打点计时器，且先接通电源再放开小车。 探究　对实验原理及操作过程的考查 ┃┃典例剖析__■ 典题1　用如图所示的装置研究在作用力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电