探究活动九 探究加速度与力、质量的关系-【实验探究报告】2022高中必修第一册物理

实验目的 1.知识与技能 (1)理解物体运动状态的变化快慢,即加速度大小与力有关,也与质量有关. (2)通过实验探究加速度与力和质量的定量关系. (3)培养学生的动手操作能力. 2.过程与方法 (1)指导学生半定量地探究加速度和力、物体的质量的关系,知道用控制变 量法进行实验. (2)让学生自己设计实验,根据自己的实验设计进行实验. (3)对实验数据进行处理,看一下实验结果能验证什么问题. 3.情感态度与价值观 (1)通过探究实验,培养实事求是、尊重客观规律的科学态度. (2)通过实验探究激发学生的求知欲和创新精神. (3)培养与人合作的团队精神. 重点难点 ▶ 重点 1.控制变量法的使用. 2.如何提出实验方案并使实验方案合理可行? 3.实验数据的分析与处理. ·05· 探究活动九 ▶ 难点 1.如何提出实验方案并使实验方案合理可行. 2.实验数据的分析与处理. 实验准备 物体的加速度与物体受力有关系.物体的加速度也与物体质量有关系. 控制变量法:多个因素对事物产生影响.为探究各因素与事物之间的具体关 系,先保持其他因素不变,只让其中一个因素变化,探究这个因素与事物的具体 关系.如此依次探究所有因素与事物的关系. 参考器材 实验器材包括打点计时器、纸带、小车、一端附有滑轮的长木板、小桶、细绳、 两根导线、天平、刻度尺、砝码、交流电源、坐标纸。 实验原理 以小车作为研究对象,采用控制变量法.先保持小车质量不变,通过改变力 的大小来研究加速度与力的关系;再保持力不变,通过改变小车的质量来研究加 速度与质量的关系,最后归纳出加速度、力、质量三者之间的关系. 利用沙及沙桶通过细绳牵引小车做加速运动,通过改变沙的质量,来改变小 车受拉力的大小. ·15· 实验过程与结论 实验一:探究小车的加速度与小车所受合力之间的关系. 1.用天平测出小车和小桶的质量 M 和M',把数值记录下来,在小车上加放 砝码,小桶里放入适量的沙,使小桶和沙的总质量远小于小车和砝码的总质量, 把砝码和沙的质量m 和m'记录下来. 2.按照右图所示把实验器材安装 好,只是不要把悬挂小桶用的细绳系在 车上,即不给小车加牵引力. 3.平衡摩擦力,在长木板不带定滑 轮的一端下面垫一小木块,反复移动木 块的位置,直至小车在斜面上运动时可 以保持匀速直线运动状态.这时,小车拖 着纸带运动时受到的摩擦阻力恰好与小车所受的重力在沿斜面方向上的分力 平衡. 4.把细绳系在小车上并绕过滑轮悬挂小桶.先接通电源,然后放开小车,打 点计时器在纸带上打下一系列的点,取下纸带,在纸带上标上纸带编码. 5.保持小车的质量不变,改变沙的质量,即改变小车的牵引力,再做几次实 验.千万要注意:在实验中一定要使沙和小桶的质量远小于小车和砝码的质量. 把小车在不同力作用下产生的加速度填在下表中: 小车和砝码的质量M+m= kg 实验次数 加速度a/(m·s-2) 小车受到的拉力F/N(沙和桶的总重力) 1 2 3 4 5 ·25· 探究活动九 由以上数据画出它的a-F 关系图象. 通过a-F 关系图象,可以得出什么结论? 实验二:探究物体的加速度大小与物体质量大小之间的关系. 1.重复上述实验中1,2,3三个步骤. 2.保持沙和小桶的质量不变,在小车上加放砝码,重复上面的实验. 把不同质量的小车在相同力作用下产生的加速度填在下表中: 沙和桶的总质量M'+m'= kg 实验次数 加速度a/(m·s-2) 小车和砝码的质量(M+m) 小车和砝码的质量的倒数 1 M+m 1 2 3 4 5 由以上数据画出a-(M+m)图象及a- 1M+m 图象: 由图象可以得出什么结论? ·35· 实验反思 1.实验时必须保证沙桶和沙的总质量远小于小车和砝码的总质量. 2.必须平衡摩擦力,采用垫木使木板倾斜的方法.垫木位置确定后,不再 改变. 3.在做步骤3实验时,应尽量使小车靠近打点计时器. 4.先接通电源再放开小车. 5.小车不能碰到滑轮,即在步骤3实验里,阻止小车撞到滑轮. 6.合理选取计算点,计算点不能离起始点太近. 巩固练习 1.(多选)关于探究加速度与力、质量的关系的实验,下列说法正确的是 ( ) A.本实验的研究对象是小车及小车上的砝码 B.拉动小车运动的绳子张力实际上等于悬挂物的重力 C.可在改变悬挂物重力的同时,在小车上增加砝码,从而验证加速度与力、 质量的关系 D.为了完善实验原理,减小实验误差,可以将小车、砝码及悬挂物组成的整 ·45· 探究活动九 个系统作为研究对象 2.在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中,如果a-F 图象是通过坐标原 点的一条直线,说明物体的加速度a 与施加在物体上的力是 关系;如果 a- 1 m 图象是通过坐标原点的一