第五章 第2节 科学探究：加速度与力、质量的关系（Word教参）-【优化指导】2023-2024学年新教材高中物理必修第一册（鲁科版2019）

第2节　科学探究：加速度与力、质量的关系 核心素养 物理观念 科学思维 科学探究 科学态度与责任 1.知道如何平衡摩擦力、减小系统误差等操作方法． 2．经历用图像处理数据的过程，从图像中发现物理规律． 进一步熟悉控制变量法．学会利用图像处理实验数据的科学方法，理解化曲为直的思想． 1.经历探究加速度与力、质量的关系的设计过程，能够依据要求进行实验设计，学会选择合理的实验方案进行探究实验． 2．经历实验操作和测量的过程，培养学生收集信息、获取证据的能力． 体会探究过程的科学性和严谨性；培养与人合作、学会分享的团队精神． 1．实验目的 (1) 探究加速度与力、质量的关系 (2)学习用控制变量法研究物理规律 2．实验原理 采用控制变量法探究加速度a与物体所受外力F、物体质量m的关系． (1)在保持m一定的情况下，探究a与F的关系． (2)在保持F一定的情况下，探究a与m的关系． 3．实验器材 一端附有定滑轮的长木板、薄木块、小车、带小钩的细绳、沙桶、打点计时器、纸带及复写纸、刻度尺、低压交流电源、导线、砝码、天平(带有一套砝码). 4．实验步骤 (1)用天平测出小车的质量M和小桶的质量m，并把数值记录下来． (2)按图示把实验器材安装好，只是不把悬挂小桶的细绳系在小车上(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上一块薄木块，反复移动薄木块的位置，直至不挂重物的小车在木板上运动时可保持匀速运动状态．这时小车拖着纸带运动受到的摩擦力恰好与小车所受的重力沿木板方向上的分力平衡． (4)把细绳系在小车上并绕过定滑轮悬挂小桶，先接通电源再放开小车，打点计时器在纸带上打下一系列的点，取下纸带，在打点纸带上写上编号． (5)保持小车的质量不变，在小桶内放入适量的沙子 (用天平测量沙子的质量) ，重复步骤(4).多次改变沙子的质量，再重复步骤4，并将相应的数值记录在表格1内． (6)在每条纸带上选取一段比较理想的部分，算出每条纸带对应的加速度的值，并填入表格1内． 表格1　物体的质量一定，加速度与受力的关系 实验次数 加速度a/(m·s－2) 小车受力F/N 1 2 3 4 (7)保持沙和小桶的质量不变，在小车上增减砝码(也需做好记录)，重复上述步骤4，将实验时记录的数据填入表格2内． (8)算出每条纸带对应的加速度的值并填入表格2中． 表格2　物体受到的合外力一定，加速度与质量的关系 实验次数 加速度 a/(m·s－2) 小车及车内 砝码质量M/kg 小车及车内砝码 质量的倒数/kg－1 1 2 3 4 5.数据处理 (1)探究加速度与力的关系 以a为纵坐标、F为横坐标，根据表格1中的各组数据在坐标系中描点．如果这些点在一条过原点的直线上，说明a与F成正比，如图甲所示． 甲 (2)探究加速度a与质量M的关系 以加速度a为纵坐标、以质量M为横坐标，建立直角坐标系，根据测量数据描点，用曲线拟合这些点，作出图像，如图甲所示，因为a­M图像是一条曲线，检查a­M图像是不是双曲线，就能判断它们之间是不是成反比关系，但检查这条曲线是不是双曲线，相当困难．考虑到若a和M成反比，则a与必成正比．采取“化曲为直”的方法，以a为纵坐标、以为横坐标，作出a­图像，若a­图线是一条过原点的直线，说明a与成正比，即a与M成反比． 6．实验结论 在误差允许的范围内： (1)物体质量一定时，物体的加速度与作用在物体上的合外力成正比． (2)物体受到的合外力一定时，物体的加速度与物体的质量成反比． (3)综合(1)、(2)结论，则有：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． 1．连接重物和小车的轻绳应和长木板保持平行(　√　) 2．将电火花计时器接在6 V的交流电源上，先接通电源，后放开小车，打点计时器在纸带上打下一系列点，并在纸带上标明小车质量(　×　) 3．在探究a与质量m的关系时，作出a­图像能更直观地判断二者间的关系(　√　) 探究点一　实验原理与实验步骤　(科学探究之结论) ►对点例练 (2021·山西高一月考)某同学用如图所示的装置做“探究加速度与力、质量的关系”的实验． (1)设计本实验的方法是A． A．控制变量法　　　　　　 B．理想模型法 C．等效替代法 D．理想实验法 (2)实验中，下列相关操作正确的是AD． A．平衡摩擦力时，不应将托盘和砝码用细线绕过定滑轮系在小车上 B．每次改变小车的质量时，都需要重新平衡摩擦力 C．释放小车前小车应靠近打点计时器，且先释放小车再接通电源 D．使用本装置进行实验时，需要使托盘和砝码的质量远小于小车和砝码的总质量 (3)该同学在