(教参)第四章 2 实验：探究加速度与力、质量的关系-【精彩三年】2023-2024学年新教材高中物理必修第一册课程探究与巩固教师用书word+课件PPT（人教版，浙江专用）

2　实验：探究加速度与力、质量的关系 课标要点 学科素养 链接浙江学考 链接浙江选考 通过实验，探究物体运动的加速度与物体受力、物体质量的关系 培养学生“科学探究”的核心素养 探究加速度与力、质量的关系 探究加速度与力、质量的关系 (见学生用书P84)　　　　　　　 知识点　探究加速度与力、质量的关系 一、加速度与力、质量之间的定性关系 1． 同一个物体受的合力越大，则其加速度越大——猜想：对同一个物体(控制变量)，其加速度与其所受的合力成正比。 2． 猜想：合力一定时(控制变量)，物体的加速度与质量成反比。 二、实验探究加速度与力、质量的定量关系 1．实验思路 如图所示，将小车置于水平木板上，通过滑轮与槽码相连，小车在槽码的牵引下运动。 (1)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。小车所受的拉力大小可以认为与槽码所受的重力大小相等(可证明这两个力只是近似相等，条件是槽码的质量要比小车的质量小很多)。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关系，找出二者之间的定量关系。 (2)加速度与质量的关系：保持小车所受的拉力不变，通过在小车上增减砝码改变小车的质量。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。 2．物理量的测量 本实验需要测量的物理量有三个：物体的质量、物体所受的作用力和物体运动的加速度。 (1)质量的测量：可以用天平测量质量，为了改变小车的质量，可以在小车中增减砝码的数量。 (2)加速度的测量：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。 (3)用阻力补偿法探究加速度与力、质量的关系 ①把木板不带滑轮的一侧垫高，以补偿打点计时器对小车的阻力及其他阻力。调节木板的倾斜程度，使小车在不受牵引时能拖动纸带沿木板匀速运动。将槽码、小车、打点计时器、纸带安装好，通过改变槽码的个数，可以成倍地改变小车所受的拉力，与此相对应，处理纸带上打出的点来测量加速度。 ②保持小车受的拉力不变，通过增减小车中砝码的数量改变小车的质量。处理纸带上打出的点来测量加速度。 3．进行实验 (1)加速度与力的关系：设计表格，把测得的同一辆小车在不同拉力F作用下的加速度a填在表1中。 表1　小车质量一定 拉力F 加速度a (2)加速度与质量的关系：设计表格，把测得的不同质量的小车在相同拉力作用下的加速度a填在表2中。 表2　小车所受的拉力一定 质量m 加速度a 4．数据分析 (1)为了更直观地判断加速度a与拉力F的定量关系，我们以a为纵坐标、F为横坐标建立直角坐标系。根据各组实验数据在坐标纸上描点，注意要将各点连成直线，不能连成折线。如果这些点在一条过原点的直线附近，说明加速度a与拉力F成正比。如果不是这样，则需要进一步分析。 (2)为了分析加速度a与质量m的定量关系，我们同样需要建立直角坐标系。经验告诉我们，在相同拉力作用下，质量m越大，加速度a越小，这可能是因为a与m成反比。如果a与m成反比，则画出来的a——m图像是双曲线的一支，但是我们很难确 定画出的曲线是否是双曲线，为此我们作a——图像进行检验。如果a——图像是过原点的倾斜直线，就可以判断加速度a与质量m是成反比的。 [思考题] (1)应用图像法处理实验数据时，如何选择表示坐标轴的量？ (2)将各组实验数据在坐标纸上描点后，应该把所有的数据点都连接起来成为折线吗？ 【答案】 (1)应用图像法处理实验数据时，应选择合适的表示坐标轴的量，使作出的图像为直线。 (2)不应该把所有的数据点都连接起来成为拆线。应使尽量多的数据点在一条直线上，如果有些点难以落在直线上，应该使它们大致均匀地分布在直线两侧，这样的直线更符合实际的规律。 (见学生用书P85)　　　　　　　 1．在本实验中，怎样做才能使小车受的合力等于绳的拉力？ 木板水平时，小车受重力G车、支持力FN、绳向左的拉力FT、木板对小车向右的阻力Ff(包括打点计时器限位孔对纸带的摩擦力等)。此时小车的合力F合＝FT－Ff。因此如果在实验前平衡了阻力，则小车的合力F合就等于绳的拉力FT。为此将木板不带滑轮的一端适当倾斜，当小车沿斜面向下的重力分量刚好与阻力平衡时，就能实现F合＝FT的目的。 平衡阻力时不需要挂槽码，但小车尾端要连接纸带，并要借助打点计时器留在纸带上的点迹是否均匀，来判断小车是否匀速下滑，从而确定是否刚好平衡了阻力。 2．本实验平衡完阻力后，若改变小车的质量或者改变槽码的质量，还需要再次平衡阻力吗？ 均不需要。因为平衡阻力时有mg sin θ＝μmg cos θ，等式两边小车的质量m可消去，显然该等式是否成立与小车的