高中物理 人教版必修一 4.2实验：探究加速度与力、质量的关系 教学设计、教案

4.2实验：探究加速度与力、质量的关系

一、知识结构

二、教学目标

1.学会用控制变量法研究物理规律.

2.会测量加速度、力和质量，能做出物体运动的a­F、a­1m图象.

3.会通过实验探究加速度与力、质量的定量关系．.

三、新知全解

知识点控制变量法探究加速度a与力F、质量m的关系

1．实验原理：

2．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、夹子、细绳、低压交流电源(使用电火花打点计时器时不用低压交流电源)、导线、天平(带有一套砝码)、小盘、刻度尺．

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叫控制变量法．

3．实验步骤：

(1)称量质量：用天平测出小车和砝码的总质量m，小盘和砝码的总质量M.

(2)安装器材：按照如图把实验器材安装好，注意此时先不要把悬挂小盘的细绳系在车上，即不给小车加牵引力．

(3)平衡摩擦力：在长木板不带定滑轮的一端下面垫一块木块，反复移动木块的位置，直至小车在斜面上运动时可以保持匀速直线运动状态．这时，小车拖着纸带运动时受到的摩擦阻力恰好与小车所受的重力在斜面方向上的分力平衡．

(4)操作：

①把细绳系在小车上并绕过滑轮悬挂小盘，先接通电源再放开小车，打点计时器在纸带上打下一系列的点，打完点后切断电源，取下纸带，在纸带上标上纸带号码．

②保持小车和砝码的质量m不变，在小盘里放入适量的砝码，把小盘和砝码的总质量M记录下来，重复步骤①.

③保持小盘和砝码的总质量M不变，改变小车和砝码的质量m，重复以上步骤．

待测物理量器材

小车与其上砝码的总质量m天平

小盘和盘内砝码的总质量M天平

小车的加速度a 打点计时器

4.数据处理：

(1)把小车在不同力作用下产生的加速度填在表中：

实验序号物理量 12345 6

作用力F

加速度a

以a为纵坐标、F为横坐标，根据数据作a-F图象，用曲线拟合测量点，找出规律，分析a与F的关系．

(2)把不同质量的小车(小车和钩码)在相同力的作用下产生的加速度填在表中：

实验序号12345 6

物理量

质量m

质量的倒数

1

m

加速度a

分别以a为纵坐标、

1

m为横坐标，根据数据作a -

1

m图象，分析a与m的关系．

加速度的计算方法

公式法v0＝0时，由x＝

1

2at

2得a＝

2x

t2

推论法由Δx＝aT2得：a＝

Δx

T2

5．实验误差产生原因及减小误差的方法

产生原因减小方法

偶然

误差

质量测量不准、计数点间

距测量不准

多次测量求平均值

小车所受拉力不等于小

盘和盘中砝码所受的总

重力

①准确平衡摩擦力

②使细绳和纸带平行于木板

作图不准

使尽可能多的点落在直线上，不在直线上的点

应尽可能均匀分布在直线两侧，误差较大的点

舍去

系统

误差

小盘及砝码的总重力代

替小车所受的拉力

使小盘和砝码的总质量远小于小车的质量

四、核心知识汇总

核心一对实验目的、原理与器材的考查

例1如图所示是某同学做探究加速度与力、质量的关系实验时已接通电源正要释放纸带时的情况．请你指出该同学的五个错误操作．

(1)电源

_____________________________________________________________________ ___；

(2)打点计时器位置

_____________________________________________________________________ ___；

(3)滑轮位置

_____________________________________________________________________ ___；

(4)小车位置

_____________________________________________________________________ ___；

(5)长木板

_____________________________________________________________________ ___．

【解析】本题考查了实验装置和器材选择，关键明确实验的原理．打点计时器应使用交流电源，实验前打点计时器应在右端，小车应靠近打点计时器，滑轮的位置应保持拉小车的线与木板平行，并且应垫高木板的右端平衡小车所受摩擦力．

【答案】(1)应用交流电源(2)应靠右端(3)应使小车左端的线水平

(4)应靠近打点计时器(5)应垫高右端平衡摩擦力

三问平衡摩擦力

摩擦力如

何被平衡

垫高长木板远离滑轮的一端

平衡摩擦

力的标志

打点计时器所打纸带点迹分布均匀

平衡摩擦力的原理mg sinθ＝F f改变小车质量，不需重新平衡摩

擦力

训练1(多选)在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中，关于平衡摩擦力的说法中正确的是()

A．“平衡摩擦力”的本质就是想办法让小车受到的摩擦力为零

B．“平衡摩擦力”的本质就是使小车所受的重力沿斜面向下的分力与所受到