4.2 实验：探究加速度与力、质量的关系 导学案 -2023～2024学年高一上学期物理人教版（2019）必修第一册

4.2 实验：探究加速度与力、质量的关系 一、加速度与力、质量 1.速度是描述物体运动状态的物理量，加速度是描述速度变化快慢的物理量。因此，加速度是描述物体运动状态变化快慢的物理量。 2.物体运动状态是否改变是由它所受的力决定的，而运动状态改变的难易程度与其自身的质量有关。 3.物体的质量一定时，受力越大，加速度越大；物体受力一定时，质量越小，加速度越大。 二、探究加速度与力、质量的关系实验 1.如图所示装置探究实验： 2.加速度与力的关系：保持小车质量不变，通过改变槽码的个数改变小车所受的拉力。小车所受的拉力可认为与槽码所受的重力相等。测得不同拉力下小车运动的加速度，分析加速度与拉力的变化情况，找出二者之间的定量关系。 3.加速度与质量的关系：保持小车所受的拉力不变，通过在小车上增加重物改变小车的质量。测得不同质量的小车在这个拉力下运动的加速度，分析加速度与质量的变化情况，找出二者之间的定量关系。 4.物理量的测量 （1）质量的测量：可以用天平测量质量。 （2）加速度的测量： 方法1：小车做初速度为0的匀加速直线运动，则测量小车加速度最直接的办法就是用刻度尺测量小车移动的位移x，并用秒表测量发生这段位移所用的时间t，然后由 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在这个实验中也可以不测量加速度的具体数值。这是因为我们探究的是加速度与其他物理量之间的比例关系，因此测量不同情况下物体加速度的比值即可。如果能做到让两个做初速度为0的匀加速直线运动的物体的运动时间t相等，那么由(1)式可知，它们的位移之比就等于加速度之比，即 这样，测量加速度就转换成测量位移了。 （3）力的测量：现实中，仅受一个力作用的物体几乎不存在。然而，一个单独的力的作用效果与跟它大小、方向都相同的合力的作用效果是相同的。因此，实验中作用力F的含义可以是物体所受的合力。如何为运动的物体提供一个恒定的合力，如何测出这个合力是本实验的关键，有很多可行的方法。用阻力补偿法探究加速度与力、质量的关系： 把木板的一侧垫高（目的是平衡摩擦力），以补偿打点计时器对小车的阻力及其他阻力。调节木板的倾斜度，使小车在不受牵引时能拖动纸带沿木板匀速运动。 5.进行实验（控制变量法）： （1）当物体质量m一定时，a-F的关系： 测出，则,当m一定，a与F成正比。 （2）当外力F一定时，a-m的关系： 测出，则,当F一定，a与m成反比。 6.用打点计时器测量加速度（图像法）： （1）当物体质量m一定时，a-F的关系： （2）当外力F一定时，a-m的关系： 7.图像误差分析： (1)图线①的上部发生了弯曲，是因为当小车所受拉力F较大时，不满足“重物的质量远小于小车的总质量”的条件。 (2)图线2与a轴有交点，说明拉力F=0(不挂重物)时，小车就具有了加速度，这是由于平衡摩擦力时，长木板的倾角过大，导致平衡摩擦力过度造成的。 (3)图线③与F轴有交点，说明只有当F增大到某一定值时，小车才获得加速度，这是由于没有平衡摩擦力或长木板的倾角过小，导致平衡摩擦力不足造成的。 【典型例题】 题型一、对实验目的、原理与器材的考察 1.[多选]如图是通过位移测量来代替加速度测量的方案，即= ，这种替代成立的操作要求是（ ） A.实验前必须先平衡摩擦力 B.必须保证两小车的运动时间相等 C.两小车都必须从静止开始做匀加速直线运动 D.小车所受绳的水平拉力大小可以认为是槽码的重力大小 2.某小组利用如图甲所示的装置探究加速度与力的关系。实验中他们平衡了小车和木板间的摩擦力，还用天平测出小车的总质量，同时用所挂槽码的总重力代替小车所受的牵引力F。 (1)挂槽码前，为了消除摩擦力的影响，应调节木板右侧的高度，直至向左轻推小车观察到纸带上 。 (2)他们还在实验时调节木板上定滑轮的高度，使牵引小车的细线与木板平行。这样做的目的是 。 A.避免小车在运动过程中发生抖动 B.使打点计时器在纸带上打出的点迹清晰 C.保证小车最终能够做匀速直线运动 D.使细线拉力等于小车受到的合力 (3)如下表记录了小车质量一定时，牵引力大小F与对应的加速度a的几组数据，请在图乙的坐标中描点作出a-F图线。 (4)实验中画出的a-F图线与理论计算的图线(图中已画出)有明显偏差，其原因主要是 。 题型二、实验步骤和实验数据的处理 1.某实验小组欲以如图甲所示实验装置“探究加速度与力的关系”。图中A为小车，B为装有砝码的小盘，C为一端带有定滑轮的长木板，小车通过纸带与打点计时器(未画出)相连，小车A的质量为m1，小盘(及砝码)B的质量为m2