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1、高中物理 第四章 牛顿第一运动定律 4.2 探究加速度与力质量的关系导学案苏教版必修14、2探究加速度与力质量的关系学习目标：1、用比较法测量加速度；2、用控制变量法探究加速度与力、质量的关系；3、掌握利用图象处理数据的方法。第一部分：课前自主学习，主动落实学案一、实验原理 (1)采用控制变量法 当研究对象有两个以上的参量发生牵连变化时，我们设法控制某些参量使之不变，而研究其中两个参量之间的变化关系的方法，是物理实验中经常采取的一种方法、本实验有F、m、a三个参量，研究加速度a与F及m的关系时，我们应先控制一个参量不变，研究另外两个参量之间的关系、在该实验中要求先控制小车的质量不变，改变小车所
2、受的拉力F，讨论a与F的关系；再控制小车所受的拉力F不变，改变小车的质量m，讨论a与m的关系、 (2)要测量的物理量 小车与其上砝码的总质量M一用天平测出、 小车受的拉力F用天平测出小盘和盘内砝码的总质量m，由Fmg算出、 小车的加速度a通过打点计时器打出的纸带测算出、 (3)平衡摩擦力的目的和方法 目的：实验中小车要受到摩擦阻力的作用，增加了实验的难度、垫高水平木板不带滑轮的一端，使小车自身重力沿斜面的分力平衡摩擦力，这样小车所受拉力即为合力，提高了实验成功率、 方法：不挂托盘，使小车拖着纸带，纸带通过打点计时器，并且使打点计时器处于工作状态，逐渐调节木板的倾角，使打下的纸带点间距相等，则说
3、明小车做匀速直线运动，即平衡了摩擦力、二、实验器材打点计时器、纸带及复写纸、小车、一端附有定滑轮的长木板、小盘和砝码、细绳、低压交流电源、天平(带有一套砝码)、刻度尺、第二部分：课堂互动探究，整合提升一、探究加速度与力、质量的关系?1、用天平测出小车和小盘(包括其中砝码)的质量分别为M0、m0，并把数值记录下来、2、如图将实验器材安装好(小车上不系绳)、3、把木板无滑轮的一端下面垫一薄木板，平衡摩擦力、4、将重物通过细绳系在小车上，接通电源放开小车，用纸带记录小车的运动情况；取下纸带并在纸带上标上号码及此时所挂重物的重力mo g、5、保持小车的质量不变，改变小盘(包括其中砝码)的质量，重复步骤
4、4多做几次实验，每次小车从同一位置释放，并记录好相应纸带重物的重力m1g、m2 g表1：M不变，加速度a与受力的关系实验次数n小车受力F/N加速度a/(ms2)123456、保持小车所受的合外力不变，在小车上加砝码，并测出小车和放上砝码后的总质量M1，接通电源放开小车，用纸带记录小车的运动情况，取下纸带并在纸带上标上号码、7、继续在小车上加放砝码，重复步骤6，多做几次实验，在每次得到的纸带上标上号码、表2：F不变，加速度与质量的关系实验次数n小车质量M/kg加速度a/(ms2)123458、利用以上两表中的数据，分别在坐标系中作出M不变时，a一F图象和F不变时，a一M图象、针对训练1、如图所示
5、，是某次利用气垫导轨探究加速度与力、质量关系的实验装置安装完毕后的示意图，图中A为砂桶，B为定滑轮，C为滑块及上面添加的砝码，D为纸带，E为电火花计时器，F为蓄电池，电压为6 V，G是电键，请指出图中的三处错误。二、分析、归纳、探究结论?1、你在图 (a)中画出的a一F图象是通过原点的直线吗?说明a与F成什么关系?2、你在图 (b)中画出的a一M图象是直线吗?你能从(b)图中得出a与质量M的定量关系吗?3、你在图 (c)中画出的a一图象是过原点的直线吗?你能由图象得出a与M的关系吗?4、在误差允许的范围内得出的结论是：当M不变时，a与F成正比关系； 当F不变时，a与M成反比关系、 【特别提醒】
6、本实验中利用图象处理数据的优点：(1)直观地看出两个物理量间的关系； (2)有效地减小实验误差，并排除实验中的错误数据、 注意事项1、平衡摩擦力时不要挂重物，整个实验平衡了摩擦力后，不管以后是改变盘和砝码的质量还是改变小车及砝码的质量，都不需要重新平衡摩擦力、2、实验中必须满足小车和砝码的质量远大于小盘和砝码的总质量、只有如此，砝码和小盘的总重力才可视为与小车受到的拉力相等、3、各纸带上的加速度a，都应是该纸带上的平均加速度、4、作图象时，要使尽可能多的点在所作直线上，不在直线上的点应尽可能对称分布在所作直线的两侧、离直线较远的点是错误数据，可舍去不予考虑、5、小车应靠近打点计时器且先接通电源
7、再释放纸带、 误差分析1、质量的测量误差、纸带上打点计时器打点间隔距离的测量误差，拉线或纸带不与木板平行等都会造成误差、2、因实验原理不完善造成误差：本实验中用小盘及砝码的总重力代替小车受到的拉力(实际上小车受到的拉力要小于小盘及砝码的总重力)，存在系统误差、小盘及砝码的总质量越接近小车的质量，误差就越大；反之，小盘及砝码的总质量越小于小车的质量，误差就越小、3、平衡摩擦力不准造成误差：在平衡摩擦力时，除了不挂小盘外，其他的都跟正式实验一样(比如要挂好纸带、接通打点计时器)，匀速运动的标志是打点计时器打出的纸带上点的距离相等、针对训练a/(ms2)2、042、663、233、98M/kg2、0
8、01、501、251、002、在探究加速度与力、质量关系的实验中，若测得某一物体受力F一定时，a与M的关系数据如下表所示：(1)根据表中所列数据，画出a一图象、(2)由a一关系可知，当F一定时，a与M成 关系、三、实验方案的探究1、测量加速度的方案 采用较多的方案是使用打点计时器，在运动物体上安装一条连接打点计时器的纸带，根据纸带上打出的点来测量加速度、前面所述的实验方案，就是利用这种方法求取加速度的、它是根据在匀变速直线运动中，连续相等的时间丁内的位移之差saT2求出加速度、条件允许也可以采用气垫导轨和光电门测加速度，也可利用传感器和计算机、如果物体做初速度为零的匀加速直线运动，那么，测量物
9、体加速度最直接的办法就是用刻度尺测量位移并用秒表测量时间，然后由a算出、其实、在本节的实验中也可以不测加速度的具体数值，这是因为我们探究的是加速度与其他量之间的比例关系、因此，测量不同情况下(即不同受力时、不同质量时)物体加速度的比值就可以了、由于a，如果测出两个初速度为零的匀加速运动在相同时间内发生的位移x1、x2，位移之比等于加速度之比，即、针对训练3、如图所示，在研究牛顿第二定律的演示实验中，若1、2两个相同的小车所受拉力分别为F1、F2，小车及其中所放砝码的总质量分别为m1、m2，打开夹子后经过相同的时间两车的位移分别为x1、x2，则在实验误差允许的范围内，有 ( )A、当m1m2、F
10、12F2时，x12x2B、当m1m2、F12F2时，x22x1 C、当F1F2 、m12m2时，x12x2D、当F1F2 、m12m2时，x22x1四、典例分析:【例1】用如图所示的装置研究在作用力F一定时，小车的加速度a与小车质量M的关系，某位同学设计的实验步骤如下：A、用天平称出小车和小桶及内部所装砂子的质量； B、按图装好实验器材；C、把轻绳系在小车上并绕过定滑轮悬挂砂桶；D、将电磁打点计时器接在6 V电压的蓄电池上，接通电源，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；E、保持小桶及其中砂子的质量不变，增加小车上的砝码个数，并记录每次增加后的M值，重复上述实验；F
11、、分析每条纸带，测量并计算出加速度的值；G、作a一M关系图象，并由图象确定a一M关系、(1)该同学漏掉的重要实验步骤是 ，该步骤应排在 步实验之后、(2)在上述步骤中，有错误的是 ，应把 改为 、(3)在上述步骤中，处理不恰当的是 ，应把 改为 、【例2】某同学设计了一个探究加速度a与物体所受合力F及质量m关系的实验，如图所示，图甲为实验装置简图(交流电的频率为50 Hz)、(1)图乙为某次实验得到的纸带，根据纸带可求出小车的加速度大小为 m/s2 (保留两位有效数字)、(2)保持砂和砂桶质量不变，改变小车质量m，分别得到小车加速度a与质量m及对应的，数据如下表：请在如图所示的方格坐标纸中画出a一图线，并依据图线求出小车加速度a与质量倒数之间的关系式是 、(3)保持小车质量不变，改变砂和砂桶质量，该同学根据实验数据作出了加速度a随合力F的变化曲线，如图所示、该图线不通过原点，请你分析其主要原因是 课堂小结：1、2、3、 第 8 页 共 8 页
