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

组题人：杨密花 核对人：杨密花 学案 §4.2 实验：探究加速度与力、质量的关系 [学习目标] 1.经历探究加速度与力、质量的关系的设计过程，知道补偿阻力的意义及方法。 2.经历用图像处理数据的过程，从图像中发现物理规律，培养学生收集信息，获取证据的能力。 3.经历实验操作和测量的过程，知道如何平衡摩擦力、减小系统误差等操作方法，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。 4.对实验的改进或创新方法。 [导学] 一、知识准备 1、物体受到的合外力是物体产生加速度的原因,即力是物体产生加速度的原因。 2、质量将决定物体加速度的大小。 3、控制变量法:要研究某两个量之间的关系,必须保证其它所有的量都不变。比如我们如果要探究加速度与合外力的关系时一定要保证这两个量之外的所有量均不变,这样才能确定加速度的变化仅仅是由合外力的变化引起的。 思考以下问题: 1、 如何测量计算物体运动的加速度? 使用打点计时器，根据连续相等的时间T内的位移之差Δx=aT2求出加速度。条件允许也可以采用气垫导轨和光电门。 2、 如何测量小车质量? 3、 如何才能给小车提供一个恒定的合外力? 二、实验原理 探究加速度a与力F及质量m的关系时，应用的基本方法是控制变量法（控制小车的质量m不变，讨论加速度a与力F的关系；控制小盘和砝码的质量不变，即力F不变，讨论加速度a与m的关系）。 三、实验器材 打点计时器、纸带、复写纸、小车、一端附有定滑轮的长木板、小盘、夹子、细绳、低压交流电源、导线、天平、刻度尺、砝码． 四、实验步骤 1．用_______测出小车和盛有砝码的小盘的质量m和m′. 2．安装实验器材(如图所示)． 3． 阻力补偿:在长木板不带定滑轮的一端下面垫上一块薄木块,让连着纸带的小车(不挂槽码)能在长木板上做_____________运动。 4.把细线系在小车上并绕过滑轮悬挂槽码,先_________________,再_____________,取下纸带并标上号码。  5.保持小车_____________不变,增加槽码个数,重复几次上述实验,重复步骤4,将对应的纸带标好。  6．在每条纸带上选取一段比较理想的部分，测加速度a 。 7．作a－F的图象，描点作图，若这些点在一条直线上，证明了加速度与力成正比． 8.保持槽码个数不变（即保持砝码和小盘的质量m′不变）,改变小车的___________,重复步骤4到6，多做几次,将对应的纸带标好。  9．作a－图象，若图象为一直线，则证明加速度与质量成反比． 五、实验数据的处理方法：图象法、化曲为直 1．探究加速度与力的关系 以a为纵坐标，F为横坐标，根据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，如果不是这样，则需要进一步分析。 2．探究加速度与质量的关系 以a为纵坐标、m为横坐标，根据各组数据在坐标系中描点，将会得到如甲图的一条曲线，由图线只能看出m增大时a减小，但a与m具体是什么关系，不能得出。若以a为纵坐标，为横坐标，将会得到如乙图的一条过原点的倾斜直线，据此可判断a与m成反比。 六、注意事项 1．阻力补偿（平衡摩擦力）： (1)阻力补偿时要不要挂槽码?要不要系上纸带?理由是什么? (2)怎样判断恰好进行了阻力补偿? (3)需再次阻力补偿吗 2．实验条件： 每条纸带必须在满足小车的质量远大于小盘和砝码的总质量的条件下打出。只有如此，小盘和砝码的总重力才可视为小车受到的拉力。 3．每次开始时小车应尽量靠近打点计时器，并应先接通电源，再释放小车。 4. 图1:原因是阻力补偿不足,即长木板倾斜角度不够，或未阻力补偿。 图2:原因是阻力补偿过度,即长木板倾斜角度太大,或者是计算力时没有加上砝码盘(或小桶)的重力。 图3:末段弯曲原因是不满足重物的质量远远小于小车的质量的条件。 [典型例题] 1．某同学利用如图所示的装置探究物体的加速度a与所受合力F的关系。 （1）打点计时器使用的电源是 （选填选项前的字母）。 A．交流电源        B．直流电源 （2）他用小木块将长木板无滑轮的一端垫高，目的是平衡摩擦力。具体操作是：把木板垫高后，小车放在木板上，在不挂小桶且打点计时器打点的情况下，轻推一下小车，若小车拖着纸带做匀速运动，表明已经消除了摩擦内和其他阻力的影响。正确平衡摩擦力后，改变小车的质量再次实验，是否需要重新平衡摩擦力？ （选填选项前的字母）。 A．需要      B．不需要 （3）实验时保持小桶及砝码的总质量远小于小车的质量，其目的是 （选填选项前的字母）。 A．小车所受的拉力近似等于小桶及砝码的总重力 B．保证小车运动的加速度不超过当地重力加速度 （4）某同学通过实验得到如图所示的图像，造成这