人教版必修第一冊 第四章 2實驗探究加速度與力質(zhì)量的關(guān)系 學案

2實驗:探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系［定位?學習目標］.經(jīng)歷探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系的設(shè)計過程,能夠依據(jù)要求進行實驗設(shè)計,學會選擇合理的實驗方案進行探究實驗。.經(jīng)歷用圖像處理數(shù)據(jù)的過程,從圖像中發(fā)現(xiàn)物理規(guī)律，培養(yǎng)學生收集信息、獲取證據(jù)的能力。.經(jīng)歷實驗操作和測量的過程,知道如何平衡摩擦力、減小系統(tǒng)誤差等操作方法，體會探究過程的科學性和嚴謹性，培養(yǎng)與人合作、學會分享的團隊精神。一、實驗?zāi)康?學會用控制變量法探索物理規(guī)律。.探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系。二、實驗原理實驗的基本思想一一控制變量法⑴加速度與力的關(guān)系:保持小車質(zhì)量不變，通過改變槽碼的個數(shù)改變小車所受拉力。測得不同拉力下小車運動的加速度,找出加速度與拉力的關(guān)系。⑵加速度與質(zhì)量的關(guān)系：保持小車所受的拉力不變,通過在小車上增加重物改變小車的質(zhì)量。測得不同質(zhì)量的小車在這個拉力下運動的加速度,找出加速度與質(zhì)量的關(guān)系。三、實驗器材答案：(1)見解析(2)D(3)a-室小車、祛碼、槽碼、細線、一端附有定滑輪的長木板、墊木、打點計時器、交流電源、紙帶、刻度尺、天平。四、實驗步驟.用天平測出小車的質(zhì)量M,并把數(shù)值記錄下來。.按如圖所示把實驗器材安裝好,紙帶穿過打點計時器連在小車上（小車上先不系繩）。.阻力補償:在長木板不帶定滑輪的一端下面墊一墊木,反復(fù)移動墊木位置，接通打點計時器電源,輕推小車,直到小車拖動紙帶能在斜面上做勻速直線運動為止（紙帶上相鄰點間距相等）。.細繩一端掛槽碼,另一端繞過定滑輪系在小車上,接通電源,放開小車,在小車碰到定滑輪前停住小車,關(guān)閉打點計時器電源,取下紙帶，并標上號碼,據(jù)此計算出小車的加速度。.保持小車（含祛碼）的質(zhì)量不變,改變所掛槽碼的總質(zhì)量,重復(fù)步驟4,多做幾次實驗,記錄所掛槽碼的總重力mg,iihg、…，并填入表1中。表1次數(shù)123456小車加速度a/（m?s-2）槽碼的質(zhì)量m/kg拉力F/N.保持槽碼的質(zhì)量不變,在小車上加放祛碼,重復(fù)步驟4,多做幾次實驗，記錄小車和祛碼的總質(zhì)量此、M2、…，并填入表2中。表2次數(shù)123456小車加速度a/（m?s-2）小車（含祛碼）質(zhì)量M/kg的屋.在每條紙帶上選取一段比較理想的部分,利用逐差法計算出每條紙帶對應(yīng)的加速度的值，填入相應(yīng)表格中。.整理實驗器材,結(jié)束實驗。五、數(shù)據(jù)處理.由表1中記錄的數(shù)據(jù)，以a為縱坐標、F為橫坐標,根據(jù)數(shù)據(jù)作a_F圖像（如圖所示），找出規(guī)律,分析a與F的關(guān)系。.由表2中記錄的數(shù)據(jù),分別以a為縱坐標、M和白為橫坐標,根據(jù)數(shù)據(jù)作圖像和a.白圖像（如圖所示），分析a與M的關(guān)系。.實驗結(jié)論。⑴保持物體質(zhì)量不變時,物體的加速度a與所受力F成正比。（2）在力F不變時,物體的加速度a與質(zhì)量M成反比。六、誤差分析

內(nèi)產(chǎn)生原因減小方法容偶質(zhì)量測量不準、計數(shù)點間距測量不準多次測量求平均值然小車所受拉力測量不(1)準確補償阻力；誤準(2)使細繩和紙帶平行于木板差作圖不準使盡可能多的點落在直線上或均勻分布在直線兩側(cè),誤差較大的點舍去系統(tǒng)槽碼受到的總重力代使槽碼的總質(zhì)量遠小于小車(含祛碼)誤替小車所受的拉力的質(zhì)量差七、注意事項.調(diào)節(jié)滑輪的高度，使牽引小車的細繩與長木板保持平行。.補償阻力時不要掛重物,整個實驗補償阻力后,不管以后是改變槽碼的個數(shù),還是改變小車及祛碼的質(zhì)量,都不需要重新補償阻力。.實驗中必須滿足小車和眩碼的總質(zhì)量遠大于槽碼的總質(zhì)量。只有如此,所掛槽碼受到的總重力才可視為與小車受到的拉力相等。.作圖像時,要使盡可能多的點在所作直線上,不在直線上的點應(yīng)盡可能對稱分布在所作直線兩側(cè)。離直線較遠的點是錯誤數(shù)據(jù),可舍去。.小車釋放時應(yīng)靠近打點計時器,且先接通電源再放開小車。要點一實驗原理與操作［例1］用如圖所示的裝置可以完成“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”的實驗。⑴打點計時器使用的電源是（填選項前的字母）。A.直流電源B.交變電源（2）實驗中，需要平衡摩擦力和其他阻力。正確操作方法是（填選項前的字母）。A.把長木板右端墊高B.改變小車的質(zhì)量⑶在（填選項前的字母）且計時器打點的情況下,輕推一下小車,若小車拖著紙帶做勻速運動,表明已經(jīng)消除了摩擦力和其他阻力的影響。A.不懸掛槽碼B.懸掛槽碼（4）實驗中，為了保證懸掛槽碼所受重力近似等于使小車做勻加速運動的拉力，懸掛槽碼的總質(zhì)量m與小車（含祛碼）質(zhì)量M之間應(yīng)滿足的條件是（填選項前字母）。A.M?mB.m?M解析：（1）打點計時器需要交變電源,故選B。⑵平衡摩擦力和其他阻力的方法是把長木板右端墊高，用小車所受重力沿木板的分力來平衡摩擦力和阻力，故選Ao⑶不懸掛槽碼,輕推一下小車,若小車拖著紙帶做勻速運動,表明已經(jīng)消除了摩擦力和其他阻力的影響。⑷為了保證懸掛槽碼所受重力近似等于使小車做勻加速運動的拉力,懸掛槽碼的總質(zhì)量m與小車（含祛碼）質(zhì)量M之間應(yīng)滿足的條件是M?m。答案：(1)B(2)A(3)A(4)A［即時訓練］用如圖所示的裝置探究在拉力F一定時，小車的加速度a與小車(含祛碼)質(zhì)量m的關(guān)系。某同學設(shè)計的實驗步驟如下：A.用天平稱出小車和小桶及內(nèi)部所裝沙子的質(zhì)量B.將打點計時器固定在長木板上,并用紙帶穿過打點計時器連接小車C.把輕繩系在小車上并繞過定滑輪連接在小桶上D.將電磁打點計時器接在電壓為6V的蓄電池上,啟動打點計時器，放開小車,打點計時器在紙帶上打下一系列點,并在紙帶上標明小車質(zhì)量E.保持小桶及桶內(nèi)沙子的質(zhì)量不變，增加小車上的祛碼個數(shù),并記錄每次增加后的m值,重復(fù)上述實驗F.分析每條紙帶,測量并計算出加速度的值G.作圖像,并由圖像確定a與m的關(guān)系(1)該同學漏掉的一個重要實驗步驟是，該步驟應(yīng)排在步驟之后O⑵在上述步驟中,有錯誤的是步驟,應(yīng)把改為。⑶在上述步驟中，處理不恰當?shù)氖遣襟E,應(yīng)把改為。解析：(1)在做實驗前首先應(yīng)該補償阻力,此過程應(yīng)排在把輕繩系在小車上并繞過定滑輪連接小桶之前，即C之前。(2)電磁打點計時器接在電壓為6V的蓄電池上將無法工作，必須接在8V的交變電源上。⑶作a-m圖像,得到的是曲線,很難進行正確的判斷,必須“化曲為直”，改作a,圖像。m答案：(1)補償阻力C(2)D6V的蓄電池8V的交變電源(3)G圖像a」■圖像m要點二實驗數(shù)據(jù)與誤差分析［例2］某同學設(shè)計了一個“探究加速度a與物體所受合力F及物體質(zhì)量m的關(guān)系”的實驗,如圖甲所示為實驗裝置簡圖(交流電源的頻率為50Hz)o⑴圖乙為某次實驗得到的紙帶,根據(jù)紙帶可求出小車的加速度大小為m/s2o(結(jié)果保留2位有效數(shù)字)⑵保持沙和沙桶的質(zhì)量不變,改變小車質(zhì)量m,分別得到小車加速度a與質(zhì)量m及對應(yīng)的二數(shù)據(jù)如下表。m序號小車加速度a/(m?s-2)小車質(zhì)量m/kg》kgT11.900.254.0021.720.293.4531.490.333.0341.250.402.5051.000.502.0060.750.711.4170.501.001.0080.301.670.60請在圖丙所示的坐標紙中畫出a,圖線，由圖線可得小車的加速度am與質(zhì)量的倒數(shù)三之間的關(guān)系式為。m⑶保持小車的質(zhì)量不變,改變沙和沙桶的質(zhì)量,該同學根據(jù)實驗數(shù)據(jù)作出了加速度a隨合力F變化的圖線,如圖丁所示。該圖線不通過原點，其主要原因是。解析：(1)在連續(xù)相等的時間間隔內(nèi)，從紙帶上可得到四段位移，因此可以用逐差法計算加速度。已知Xi=6.19cm,x2=6.70cm,x3=7.21cm,x4=7.72cm,電火花計時器的計時周期T/=0.02s,由逐差法可得X3-x尸2al?(2T)2,x「X2=2&?(2T),則。見約金山馬登I』.2位。22x2x(2T)2⑵在a」坐標系中描點連線，得a,圖線如圖所示，由圖線可知,其斜mm率為"貝！J22m⑶由a-F圖線可知,F增大到某一值時小車才開始有加速度,說明實驗前沒有補償阻力或者補償阻力不足。答案：(1)3.2(2)圖見解析aqL2m(3)實驗前沒有補償阻力或者補償阻力不足實驗誤差分析(1)若平衡阻力時,木板墊起的傾角過小,則a_F,圖像如圖甲、乙①②所示。(2)若平衡阻力時?，木板墊起的傾角過大，則a_F,a_^圖像如圖甲、乙M③④所示。(3)若實驗中沒有滿足M遠大于叫則a_F,圖像如圖丙、丁所示。(M為小車質(zhì)量,m為所掛重物質(zhì)量)要點三實驗拓展與創(chuàng)新［例3］為了探究加速度與力的關(guān)系，使用下圖所示的氣墊導軌裝置進行實驗。其中G、Gz為兩個光電門，它們與數(shù)字計時器相連，當滑塊通過Gi、Gz光電門時,光束被遮擋的時間△ti、At2都可以被測量并記錄,滑塊連同上面固定的擋光片的總質(zhì)量為M,擋光片寬度為D,光電門間距離為x,牽引鉤碼的質(zhì)量為m。請回答下列問題。(1)實驗開始應(yīng)先調(diào)節(jié)氣墊導軌下面的螺釘，使氣墊導軌水平,在不增加其他儀器的情況下，如何判定調(diào)節(jié)是否到位？。⑵若取M=0.4kg,改變m的值,進行多次實驗，以下m的取