4.2实验：探究加速度与力、质量的关系 导学案-2024-2025学年高一上学期物理人教版（2019）必修第一册

控制变量的方法是指在研究和解决问题的过程中，对影响事物变化规律的独立因素加以人为控制，使其中只有一个因素按照特定的要求发生变化，而其他因素保持不，以利于寻找事物发展变化的规律的方法。 高一物理学习设计 编者： 审核: 高一物理组 日期： 使用说明：本学习设计紧密贴合课本，认真研读课程标准，精心设计而成，要求学生填写，出现问题教师引导难点，有效解决满堂灌和只注重知识，不注重生成。教师走下讲台，行走在学生中间，及时发现学生问题，有效提高了课堂效率。试题全部来自课本和其它版本教材，有效挖掘课本习题代表性功能。使用时本段可以删除。 4.2 实验：探究加速度与力、质量的关系 【课标要求】 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 【学习目标】 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，知道如何平衡阻力、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。 【创设情境】 （1） 通过牛顿第一定律的学习，你能说出影响“运动状态变化”的因素都有____________ （2） “运动状态的变化”是指__________物理量的变化，这个物理量的变化会产生______这个物理量。 （3） 请你猜测这些物理量之间存在着什么样的定量关系？ 【问题体验1】小组合作，思考一下问题。 1、我们要研究a、F、m三个物理量间的关系，应该用_____________方法进行研究。 （1）当_________不变，研究_________和____________的关系 （2）当_________不变，研究_________和____________的关系 2、实验时我们研究什么物体？需要测量哪些物理量，怎么测量？测量的数据怎么处理？把你们的实验方案设计图画在下面空白处 3、物理量的测量 （1） 质量用___________测量，当需要改变小车的质量时，可以通过__________________ （2） 请你写出加速度的测量方法： （3） 力的测量：如何为运动的物体提供一个恒定的合力？ 【参考案例】 一、实验器材 小车、砝码、槽码、细线、一端附有定滑轮的长木板、垫木、打点计时器、 、纸带、 、 。 二、实验步骤 1、用天平测出小车的质量，并把数值记录下来。 2、按图把实验器材装好（小车上先不系绳）。 3、平衡小车受到的阻力：在长木板的不带定滑轮的一端下面垫上一块木块，反复移动木块位置，直到轻推小车在斜面上运动时，小车可以保持 运动（纸带上相邻两点间距离 ）为止。 4、m一定：将槽码用细绳绕过定滑轮系在小车上，在小车上加放适量的砝码，用天平测出槽码的质量m，记录下来。接通电源，放开小车，待打点计时器在纸带上打好点后取下纸带， 5保持小车（含砝码）的 不变，改变槽码的个数，再做5次实验。 6、用公式求得小车的加速度，并记录到表格1中。 次数 1 2 3 4 5 小车加速度a/（m·） 拉力F/N 7、F一定：：保持小车（含砝码）所受的 不变，增减小车上加放砝码的质量，重复上面的实验，求出相应的加速度，把数据记录到下面的表格2中。 次数 1 2 3 4 5 小车加速度a/（m·） 小车（含砝码）质量 8、整理实验器材，结束实验。 五、数据分析 （1）以a为纵坐标、F为横坐标建立直角坐标系，根据表1中记录的数据做图像，找出规律，分析加速度a与拉力F的关系。 （2）分别以a为纵坐标、m’和为横坐标建立直角坐标系，根据表2中的记录的数据做图像，分析加速度a和质量m’的关系。 作图应注意：应使所作的 通过尽可能多的点，不在直线上的点也要尽可能地对称分布在直线的两侧，但若遇到个别偏离较远的点可舍去。作图时两坐标轴的标度比例要适当，这样作图时坐标点间距不至于过密，误差会小些 实验结论:（1）保持物体的质量不变时，物体的加速度a与所受力F成 。 （2）在力F不变时，物体的加速度a与质量m’成 。 6、 误差分析 1. 实验原理不完善造成系统误差 实验中用槽码的重力代替小车受到的拉力（实际上小车受到的拉力要小于槽码的重力），存在系统误差；槽码的质量越接近小车的质量，误差就越大，反之，槽码的质量越小于小车的质量，误差就越小。 2、 测量、操作不够准确造成偶然误差 （1） 质量的测量误差。 （2） 纸带上打点计时器打点间隔距离的测量误差。 （3） 拉线或纸带不与木板平行造成误差。 （4） 平衡小车受到的阻力不够（或过度）造成的误差，该误差使作出的图线在横轴（或纵轴）上产生截距。 7、 注意事项 1、 打点前小车应位于 （选填“靠近”或“远离”）打点计时器的一端，且应先 后________________，且应在小车到达滑轮前按住小车。 2、 平衡摩擦力:用将木板倾斜一定程度进行平衡阻力。开始时__________（选填“要”或“不要”）在小车一端悬挂重物，但应将打点计时器上的纸带与小车相连且接通电源，用手给小车一个初速度，让小车在木板上运动。如果在纸带上打出点的间隔是_______的，表明小车受到的阻力跟它的重力沿斜面向下的分力平衡在平衡小车受到的阻力时， 3、 不重复平衡摩擦力:平衡摩擦力后，不管以后是改变槽码的质量，还是改变小车的质量都___________（选填“需要”或“不需要”）重新平衡摩擦力。 4、 实验条件：在实验过程中，要始终保持槽码的质量 小车的质量，槽码的重力才可视为小车所受的拉力。 【达标检测】 2、某同学用图所示的实验装置探究小车的加速度a与质量m的关系。所用交变电流的频率为50Hz。 （1） 图示他某次实验得到的纸带，两计数点间有四个点未画出，部分实验数据如图所示。求小车的加速度是多少。 （2） 保持小车所受的拉力不变，改变小车质量m，分别测得不同质量时小车加速度a的数据如表6所示。请在图的坐标纸中作出a-图像。根据a-图像可以得出什么实验结论？ 次数 1 2 3 4 5 6 7 8 质量m/kg  0.25 0.29 0.33 0.40 0.50 0.71 1.00 1.67 加速度a/(m·s-2)  0.318 0.557 0.482 0.403 0.317 0.235 0.152 0.086 质量倒数  4.00 3.45 3.03 2.50 2.00 1.41 1.00 0.60 【巩固提升】 A7某小组通过测量两辆小车在相同时间内通过的位移来比较它们的加速度，进而探究加速度与力的关系，实验装置如图 4-3 所示。将轨道分上下双层排列，两小车尾部的刹车线由后面的刹车系统同时控制，能使小车同时立即停下来。通过改变槽码盘中的槽码来改变拉力的大小。 （1）通过比较两小车的位移来比较两小车的加速度大小，你认为可行吗?请说明理由 （2）已知两小车质量均为 500 g，实验数据如表中所示。分析表中数据，你能得到什么结论？说出你的分析过程 （3）如果还要利用上述装置进行“探究加速度与质量的关系”实验，应该怎样调整实验条件？       0.29 0.86 0.34 0.14 0.36 0.39 0.29 0.61 0.48 0.19 0.36 0.53 0.24 0.36 0.29 0.41 0.71 0.29 0.36 0.81 0.29 0.31 0.34 0.36 0.94 2-1某同学在做“探究加速度与力的关系”和“探究加速度与质量的关系”实验时,把两个实验的数据都记录在表3中。数据是按加速度的大小排列的,两个实验的数据混在一起,而且有两个加速度数据模糊不清(表3中空格)。请你把这些数据分拆填入表4和表5中，如果模糊的加速度数据是正确的,其数值应该是多少?请填在表3中。 4  探究加速度与力的关系(条件: m= ) F/N  a/(m·s-2) 表5  探究加速度与质量的关系(条件: F= ) m/kg  a/(m·s-2)  表3  实验记录表 【自我评价】通过本节课的学习，画出你的思维导图，并把你的收获和困惑分享出来 4-2-2 4-2-1 学科网（北京）股份有限公司 $$