4.2 实验：探究加速度与力、质量的关系 导学案 -2023-2024学年高一上学期“元创物理”2023年暑期《初高中衔接 • 物理教材》

2. 实验：探究加速度与力、质量的关系 01【学情衔接】 已经学习知道的知识 衔接问题 将要达成的核心目标 1.打点计时器打点时应先接通电源，再放开纸带；纸带一般每隔4个打点取一个计数点。 2.物体作匀变速直线运动时，若相邻相等时间间隔T内的位移分别为s1、s2、s3……，则可由a=求加速度。 3.作v-t图象应用平滑的曲线。 问题的提出→控制变量法探究加速度与力、质量关系的方案 实验操作、数据处理→实验注意事项、误差分析、得出结论 1.理解运用控制变量法探究加速度与力、质量关系的实验原理，知道平衡摩擦阻力操作要领及注意事项，会用图象法处理实验教据。 2.通过实验，掌握测量加速度、力和质量的方法，能作出物体运动的ａ-Ｆ、ａ-图像，能得出结论。 02【衔接讲解】 “元创物理”2023年暑期《初高中衔接 • 物理教材》 第四章：运动和力的关系 2 / 2 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 一、问题的提出→控制变量法探究加速度与力、质量关系的方案 生活经验告诉我们：物体质量一定时，力越大，速度变化越快，即加速度越大；力一定时，质量越大，速度变化越慢，即加速度越小。探究力、质量、加速度之间的定量关系，非常必要，也是本节任务。 1.总思路：控制变量法。 （1）保持物体质量不变，探究加速度与力的关系； （2）保持物体受力不变，探究加速度与质量的关系。 2.设计方案 （1）装置：用熟悉的打点计时器、小车等等，如下图。 （2）研究对象：小车。 用天平测其质量；用打点的纸带测其加速度；用悬挂的盘及其中砝码总重力作为小车受到的力。 （3）要点：为消除小车及纸带受到的摩擦力和阻力，需将木板有段适当垫高，用小车重力的分力“平衡摩擦力“，使小车在不挂盘时轻推一下能匀速下滑即可。 （4）步骤： ①保持小车质量M不变，多次测量在不同的力F(认为等于盘及其中砝码总重力mg，可在盘中增减砝码)的作用下的加速度a，记录在表格内：作ａ-Ｆ等图象，探究加速度与力的关系。 ②保持力F(认为等于盘及其中砝码总重力mg)不变，多次测量不同小车质量M（可在盘中增减钩码）时的加速度a，记录在表格内：作a­M、ａ-等图象，探究加速度与质量的关系。 3.通过分析所作图象，探究得出相应的结论。 二、实验操作、数据处理→实验注意事项、误差分析、得出结论 1. 实验步骤 （1）测质量：用天平测出小车的质量M与砝码盘的质量m，把数据记录下来． （2）按装仪器：按如上图所示安装器材． （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板，反复移动薄木板的位置，直至不挂重物的小车在斜面上运动时可保持匀速运动状态． （4）在小车上加放钩码，砝码盘中加放砝码，把钩码、砝码的质量记录下来．把细线系在小车上并绕过滑轮悬挂砝码盘，接通电源，放开小车，打点计时器在纸带上打下一系列的点，取下纸带，在纸带上写上编号． （5）保持小车的质量不变，改变砝码盘中砝码的质量，按步骤4再做几次实验，将实验时记录的数据、算出的每条纸带对应的加速度的值并填入表格1中． 表格1　物体的质量一定，加速度与受力的关系 次数 加速度a/(m·s－2) 小车受力F/N 计算a/F 1 … 5 （7）保持砝码盘中砝码的质量不变，在小车上增减砝码，重复上述步骤4，将实验时记录的数据、算出的每条纸带对应的加速度的值并填入表格2中． 表格2　物体受到的外力一定，加速度与质量的关系 次数 加速度a/(m·s－2) 小车质量m/kg 小车质量的倒数/kg－1 计算ma 1 … 5 2.数据处理 （1）计算法： 在表格1、2右列分别计算与ma的值，如果在误差范围内相等，即可得到a∝F、a∝的结论。 （2）图像法 ①依据表格1，以加速度a为纵坐标，以外力F为横坐标，作出a­F关系图像，若如图所示，由此得出a∝F结论。 ②依据表格2，以加速度a为纵坐标，以小车及砝码的总质量M或为横坐标作出a­M或a­关系图像，如图所示． 显然，根据a­M图象很难得出结论，故一般不作此图象；若作出如上a­关系图像，由此得出a∝的结论。 实验结论：物体的加速度与作用在物体上的合外力成正比，与物体的质量成反比． 3.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，不管以后是改变小盘和重物的质量还是改变小