高考物理一轮复习 实验四 探究加速度与力、质量的关系教学案

人教版必修一物理第四章第2 节《实验：探究加速度与力、质量的关系》教学设计课前案2 实验：探究加速度与力、质量的关系一、实验目的学会用控制变量法探究物理规律．全面正确地认识加速度与力、质量的关系．二、实验原理1.加速度是表示物体运动速度变化快慢的物理量．根据事实经验，加速度与物体的质量有关．物体受力一定时，质量越小，加速度就越大．加速度还与物体受力的大小有关，物体质量一定时，受力越大，其加速度越大．2.控制变量法：加速度a 和质量m、受力F 都有关系．研究它们之间的关系时，先保持质量不变，测量物体在不同力的作用下的加速度，分析加速度与力的关系；再保持物体所受的力相同，测量不同质量的物体在该力作用下的加速度，分析加速度与质量的关系．这种先控制一个参量不变，研究其余参量之间变化关系，再控制另一个参量不变，研究其余参量之间变化关系的方法叫控制变量法．三、实验器材砝码，一端有定滑轮的长木板，细线，纸带，导线，夹子，小盘，天平，小车，打点计时器，交流电源，复写纸，刻度尺.课中案探究一、实验步骤1.用天平测出小车和重物的质量分别为M0、m0，并把数值记录下来．2.按图1 将实验器材安装好(小车上不系绳)．图13.平衡摩擦力，在木板无滑轮的一端下面垫一薄木板，反复移动其位置，直到打点计时器正常工作后不挂重物的小车在斜面上做匀速直线运动为止(纸带上相邻点间距相等)．图 24. 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 m 0g.5. 保持小车的质量不变，改变所挂重物的重力，重复步骤 4，多做几次实验，每次小车从同一位置释放，并记录好重物的重力 m 1g 、m 2g…以及计算出相应纸带的加速度填入表格 1. 表格 1 物体的质量一定，加速度与受力的关系实验次数 加速度 a/(m·s －2) 小车受力 F/N12345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．8．计算出每次实验所得纸带的加速度值及小车与砝码的总质量填入表格 2.表格 2 物体受到的外力一定，加速度与质量的关系实验次数 加速度 a/(m·s －2)小车与砝码总质量 M/kg小车与砝码总质量的倒数/kg －112345探究二、数据处理1. 分析加速度和力的关系依据表格 1，以加速度 a 为纵坐标，以外力 F 为横坐标，作出 a －F 关系图象，如图 2 所示，由此得出结论．2. 分析加速度和质量的关系依据表格 2，以加速度a 为纵坐标，以小车及砝码的总质量M 或为横坐标作出a －M 或a －关系图象，如图 3 所示，据图象可以得出结论．图33.实验结论：物体的加速度与作用在物体上的合外力成正比，与物体的质量成反比．探究三、误差分析1．因实验原理不完善造成系统误差本实验中用所挂重物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所挂重物的重力，存在系统误差．所挂重物的质量比小车的质量越小，误差越小；反之误差越大．2．因操作不够准确造成的偶然误差(1)质量的测量误差．(2)测量纸带上各点间的距离的误差(读数误差)．(3)绳或纸带与木板不平行造成的误差．(4)平衡摩擦力不准确造成的误差．平衡过度使小车合外力偏大，平衡不够使小车的合外力偏小，此时要注意匀速运动是恰好平衡摩擦力的标志．四、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总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两侧．离直线较远的点是错误数据，可舍去不予考虑．5.释放时小车应靠近打点计时器且先接通电源再放开小车．探究四、实验过程、实验数据的处理的理解典例1：如图4 所示是某同学探究加速度与力、质量的关系时，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差错；图4(1)电源；(2)电磁打点计时器位置；(3)滑轮位置；(4)小车位置；(5)长木板．典例2：某实验小组利用如图5 所示的实验装置来探究当合外力一定时，物体运动的加速度与其质量之间的关系.图5(1)由刻度尺读出两个光电门中心之间的距离x，已知遮光条的宽度为d.该实验小组在做实验时，将滑块从图中所示位置由静止释放，由数字计时器可以读出遮光条通过光电门1 的时间Δt1 和通过光电门2 的时间Δt2，则滑块经过光电门1 时的瞬时速度的表达式v1＝，滑块经过光电门2 时的瞬时速度的表达式v2 ＝，则滑块的加速度的表达式a ＝.(均用上述字母表示)(2)在本次实验中，实验小组通过改变滑块的质量总共做了6 组实验，得到如表所示的实验数据．通过分析表中数据后．你得出的结论是.m/g a/m·s－2250 2.02300 1.65350 1.33400 1.25500 1.008000.63(3)课后案达标检测1．(多选)用如图1 所示的装置探究加速度a 与力F、质量M 的关系，下列说法中正确的是()图1A.连接沙桶和小车的轻绳应和长木板保持平行B.将电火花计时器接在6 V 的交流电源上，先接通电源，后放开小车，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C.在探究a 与质量M 的关系时，作出a－图象能更直观地判断二者间的关系D．轻绳对小车的拉力一定等于砝码和沙桶的总重力2．(多选)如图2 所示是某同学根据实验数据画出的图象，下列说法中正确的是( )图2A．形成图甲的原因是平衡摩擦力时长木板倾角过大B．形成图乙的原因是平衡摩擦力时长木板倾角过小C．形成图丙的原因是平衡摩擦力时长木板倾角过大D．形成图丁的原因是平衡摩擦力时长木板倾角过小3.用如图3 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：图3A．用天平称出小车和小桶及内部所装砂子的质量B．按图示装好实验器材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的质量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.分析每条纸带，测量并计算出加速度的值G．作a－M 关系图象，并由图象确定a 与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．4.在“探究加速度与力、质量的关系”实验中，我们得到了如图4 所示的两个实验图象a、b，描述加速度与质量关系的图线是，描述加速度与力的关系的图线是．图45.某探究学习小组的同学们要验证“牛顿运动定律”，他们在实验室组装了一套如图所示的装置，水平轨道上安装两个光电门，小车上固定有力传感器和挡光板，细线一端与力传感器连接，另一端跨过定滑轮挂上砝码盘．实验时，调整轨道的倾角正好能平衡小车所受的摩擦力(图5 中未画出)．图5(1)该实验中小车所受的合力(选填“等于”或“不等于”)力传感器的示数，该实验是否需要满足砝码和砝码盘的总质量远小于小车的质量？(选填“需要”或“不需要”)(2)实验获得以下测量数据：小车、力传感器和挡光板的总质量M，挡光板的宽度L，光电门1 和2 的中心距离为S.某次实验过程：力传感器的读数为F，小车通过光电门1 和2 的挡光时间分别为t1、t2(小车通过光电门2 后，砝码盘才落地)，已知重力加速度为g，则该实验要验证的关系式是．。

探究加速度与物体质量、物体受力的关系一．考点整理实验过程1．实验目的：学会用控制变量法研究物理规律；探究加速度与力、质量的关系；掌握利用图像处理数据的方法．2．实验器材：、纸带、复写纸（电火花计时器不用此器材）、小车、一端附有的长木板、小盘、夹子、细绳、交流电源、导线、天平、刻度尺、砝码、．3．实验原理：采取法，即先控制小车的质量M不变，探究加速度a与力F的关系；再控制小盘和砝码的质量不变，即力F不变，探究加速度a与小车质量M的关系．4．实验装置：如图所示．5．实验步骤：①用天平测量小盘质量m′和小车质量m；②按照实验装置图把实验器材安装好，但不要把悬挂小盘的细绳系在小车上（即不给小车牵引力）；③平衡摩擦力：在长木板的不带定滑轮的一端下面垫上一块薄木块，使小车下滑；④小盘通过细绳绕过滑轮系于小车上，先后，取下纸带编号码；⑤保持小车质量m不变，改变砝码和小盘的质量m′，重复步骤④；⑥在每条纸带上选取一段比较理想的部分，测加速度a；⑦描点作图，作a–F图像；⑧保持砝码和小盘质量m′不变，改变小车质量m，重复步骤④和⑥；作a–m-1图像．6．实验结论：物体的加速度与合外力成，与质量成．7．误差分析：①因实验原理不完善引起的误差：本实验用小盘和砝码的总重力mg代替小车的拉力，而实际上小车所受的拉力要于小盘和砝码的总重力．②摩擦力平衡不准确、质量测量不准确、计数点间距测量不准确、纸带和细绳不严格与木板都会引起误差．8．注意事项：①实验方法：控制变量法．②平衡摩擦力：在平衡摩擦力时，不要，但小车应连着纸带且接通电源．用手给小车一个初速度，如果在纸带上打出的点的间隔是的，表明小车受到的阻力跟它的重力沿斜面向下的分力平衡．③不重复平衡摩擦力：平衡了摩擦力后，不管以后是改变小盘和砝码的总质量还是改变小车和砝码的总质量，都不需要重新平衡摩擦力．④实验条件：m m′只有如此，小盘和砝码的总重力才可视为小车受到的拉力．⑤一先一后一按：改变拉力和小车质量后，每次开始时小车应尽量靠近，并应先，后，且应在小车到达滑轮前按住小车．⑥作图：作图时两轴标度比例要适当．各量须采用国际单位．这样作图线时，坐标点间距不至于过密，误差会小些．二．思考与练习思维启动1．如图（a）是验证牛顿第二定律的实验装置示意图．图中打点计时器的电源为50 Hz的交流电源，打点的时间间隔用Δt表示．在小车质量未知的情况下，某同学设计了一种方法用来探究“在外力一定的条件下，物体的加速度与其质量间的关系”．⑴完成下列实验步骤中的填空：①平衡小车所受的阻力：小吊盘中不放物块，调整木板右端的高度，用手轻拨小车，直到打点计时器打出一系列________的点．②按住小车，在小吊盘中放入适当质量的物块，在小车中放入砝码．③打开打点计时器电源，释放小车，获得带有点列的纸带，在纸带上标出小车中砝码的质量m．④按住小车，改变小车中砝码的质量，重复步骤③．⑤在每条纸带上清晰的部分，每5个间隔标注一个计数点．测量相邻计数点的间距s1，s2，….求出与不同m相对应的加速度a．⑥以砝码的质量m为横坐标，a-1为纵坐标，在坐标纸上作出a-1–m关系图线．若加速度与小车和砝码的总质量成反比，则a-1与m应成________关系（填“线性”或“非线性”）．⑵完成下列填空：①本实验中，为了保证在改变小车中砝码的质量时，小车所受的拉力近似不变，小吊盘和盘中物块的质量之和应满足的条件是__________________________．②设纸带上三个相邻计数点的间距分别为s1、s2和s3.a可用s1、s3和Δt表示为a= ________．图（b）为用米尺测量某一纸带上的s1、s3的情况，由图可读出s1= ________ mm，s3= ________mm，由此求得加速度的大小a = ________ m/s2．③图（c）所得实验图线的示意图．设图中直线的斜率为k，在纵轴上的截距为b，若牛顿定律成立，则小车受到的拉力为________，小车的质量为________．2．某同学设计了一个探究小车的加速度a与小车所受拉力F及质量m关系的实验，图（a）为实验装置简图，所用交流电的频率为50 Hz．⑴为了研究加速度和质量的关系，在实验中必须采用控制变量法，应保持________不变，用砂桶及砂所受的重力作为________，图(b)为某次实验得到的纸带，实验数据如图，图中相邻计数点之间还有4个点未画出，根据纸带可求出小车的加速度大小为________ m/s2（保留三位有效数字）⑵在本次实验中，实验小组通过改变小车质量共做了8组实验，得到下表所示的实验数据，通过分析表中数据，你得出的结论是：_______________________.实验序号 1 2 3 4 5 6 7 8 小车加速度a/m·s－20.633 0.572 0.497 0.418 0.332 0.250 0.167 0.101 小车质量m/kg 0.25 0.29 0.33 0.40 0.50 0.71 1.00 1.67现需通过图象进一步验证你的结论，可利用表格数据作图，应在坐标纸中画出________图线．⑶在某次实验中为研究加速度和力的关系，根据测得的多组数据可画出a–F关系图线，如图所示．此图线的AB段明显偏离直线，造成此误差的主要原因是_________________A．小车与木板之间存在摩擦 B．木板保持了水平状态C．所挂砂桶及砂的总质量太大 D．所用小车的质量太大三．考点分类探讨典型问题〖考点1〗实验过程与数据处理【例1】如图所示为某同学探究加速度与力和质量关系的实验装置，两个相同质量的小车放在光滑水平板上，前端各系一条细绳，绳的一端跨过定滑轮各挂一个小盘，盘中可放砝码．两小车后端各系一条细绳，一起被夹子夹着使小车静止．打开夹子，两小车同时开始运动；关上夹子，两小车同时停下来，用刻度尺测出两小车的位移，下表是该同学在几次实验中记录的数据．实验次数车号小车质量/g小盘质量/g车中砝码质量/g盘中砝码质量/g小车位移/cm1甲50 10 0 0 15乙50 10 0 10 30（a）（b）（c）2甲50 10 0 10 27.5乙50 10 50 10 143甲50 10 0 0 18乙50 10 10 10请回答下述问题：⑴在每一次实验中，甲、乙两车的位移之比等于______之比，请简要说明实验原理：_____________；⑵第一次实验控制了________不变，在实验误差允许范围内可得出的结论是____________________；⑶第二次实验控制了________不变，在实验误差允许范围内可得出的结论是___________________；⑷第三次实验时，该同学先测量了甲车的位移，再根据前两次实验结论，计算出乙车应该发生的位移，然后再测量了乙车的位移，结果他高兴地发现，理论的预言与实际符合得相当好．请问，他计算出的乙车位移应该是______________．【变式跟踪1】某实验小组利用如图甲所示的气垫导轨实验装置来探究合力一定时，物体的加速度与质量之间的关系．⑴做实验时，将滑块从图甲所示位置由静止释放，由数字计时器（图中未画出）可读出遮光条通过光电门1、2的时间分别为Δt1、Δt2；用刻度尺测得两个光电门中心之间的距离x，用游标卡尺测得遮光条宽度d，则滑块经过光电门1时的速度表达式v1= ________；经过光电门2时的速度表达式v2=________．滑块加速度的表达式a= ________．（以上表达式均用已知字母表示）．如图乙所示，若用20分度的游标卡尺测量遮光条的宽度，其读数为________mm．⑵为了保持滑块所受的合力不变，可改变滑块质量M和气垫导轨右端高度h（见图甲）．关于“改变滑块质量M和气垫导轨右端的高度h”的正确操作方法是________A．M增大时，h增大，以保持二者乘积增大 B．M增大时，h减小，以保持二者乘积不变C．M减小时，h增大，以保持二者乘积不变 D．M减小时，h减小，以保持二者乘积减小四．考题再练高考试题1．【2013天津卷】某实验小组利用图示的装置探究加速度与力、质量的关系．①下列做法正确的是____________（填字母代号）A．调节滑轮的高度，使牵引木块的细绳与长木板保持平行B．在调节木板倾斜度平衡木块受到的滑动摩擦力时，将装有砝码的砝码桶通过定滑轮拴木块上C．实验时，先放开木块再接通打点计时器的电源D．通过增减木块上的砝码改变质量时，不需要盆新调节木板倾斜度②为使砝码桶及桶内砝码的总重力在数值上近似等于木块运动时受到的拉力，应满足的条件是砝码桶及桶内砝码的总质量木块和木块上硅码的总质量（选填“远大于”、“远小于”或“近似于”）；③甲、乙两同学在同一实验室，各取一套图示的装置放在水平桌面上，木块上均不放砝码，在没有平衡摩擦力的情况下，研究加速度a与拉力F的关系，分别得到图中甲、乙两条直线．设甲、乙用的木块质量分别为m甲、m乙，甲、乙用的木块与木板间的动摩擦因数分别为μ甲，μ乙，由图可知，m甲m乙、μ甲μ乙（选填“大于”、“小于”或“等于”)．【预测1】如图所示，一端带有定滑轮的长木板上固定有甲、乙两个光电门，与之相连的计时器可以显示带有遮光片的小车在其间的运动时间，与跨过定滑轮的轻质细绳相连的轻质测力计能显示挂钩处所受的拉力．不计空气阻力及一切摩擦．⑴在探究“合外力一定时，加速度与质量的关系”时，要使测力计的示数等于小车所受合外力，操作中必须满足_____________；要使小车所受合外力一定，操作中必须满足____________．实验时，先测出小车质量m，再让小车从靠近光电门甲处由静止开始运动，读出小车在两光电门之间的运动时间t.改变小车质量m，测得多组m、t的值，建立坐标系描点作出图线．下列能直观得出“合外力一定时，加速度与质量成反比”的图线是________．⑵如图，抬高长木板的左端，使小车从靠近光电门乙处由静止开始运动，读出测力计的示数F和小车在两光电门之间的运动时间t0，改变木板倾角，测得多组数据，得到的F–t－2的图线如图所示．实验中测得两光电门的距离L=0.80 m，砂和砂桶的总质量m1=0.34 kg，重力加速度g取9.8 m/s2，则图线的斜率为________（结果保留两位有效数字）；若小车与长木板间的摩擦不能忽略，测得的图线斜率将________（选填“变大”、“变小”或“不变”）．五．课堂演练自我提升1．如图为用拉力传感器和速度传感器探究“加速度与物体受力的关系”实验装置．用拉力传感器记录小车受到拉力的大小，在长木板上相距L= 48.0 cm的A、B两点各安装一个速度传感器，分别记录小车到达A、B时的速率．⑴实验主要步骤如下：①将拉力传感器固定在小车上；②平衡摩擦力，让小车做________运动；③把细线的一端固定在拉力传感器上，另一端通过定滑轮与钩码相连；④接通电源后自C点释放小车，小车在细线拉动下运动，记录细线拉力F的大小及小车分别到达A、B时的速率v A、v B；⑤改变所挂钩码的数量，重复④的操作．⑵下表中记录了实验测得的几组数据，v B2–v A2是两个速度传感器记录速率的平方差，则加速度的表达式a=________．请将表中第3次的实验数据填写完整．⑶由表中数据，在图中的坐标纸上作出a–F关系图线．⑷对比实验结果与理论计算得到的关系图线（图中已画出理论图线），造成上述偏差的原因是______________________．2．某同学将力传感器固定在小车上，然后把绳的一端固定在传感器拉钩上，用来测量绳对小车的拉力，探究在小车及传感器总质量不变时加速度跟它们所受拉力的关系，根据所测数据在坐标系中作出了如图所示的a–F图象．⑴图线不过坐标原点的原因是________________________________________________________________]____________________________；⑵本实验中是否仍需要砂和桶的总质量远小于小车和传感器的总质量___（选填“是”或“否”）；⑶由图象求出小车和传感器的总质量为________ kg．纸带打点计带滑轮的长木板接电源细绳木块砝码桶序号F/N v B2–v A2 /m2·s－2a/m·s－21 0.60 0.77 0.802 1.04 1.61 1.683 1.42 2.314 2.62 4.65 4.845 3.00 5.49 5.72参考答案：一．考点整理 实验过程 2．打点计时器 定滑轮 薄木块 3．控制变量5．匀速 通电源 放开小车 6．正比 反比 7．小 平行8．悬挂小盘 均匀 >> 打点计时器 通电源 放开小车 二．思考与练习 思维启动 1．答案 ⑴ ① 等间距 ⑥ 线性 ⑵ ① 远小于小车和砝码的总质量（填“远小于小车的质量”同样正确） ② (s 3 – s 1)/2(5Δt )2 24.2（答案范围在23.9 ～ 24.5之间均可）47.2（答案范围在47.0～47.6之间均可）1.15（答案范围在1.13～1.19之间均可） ③ 1/k b /k解析：⑴ ① 平衡好小车所受的阻力，小车做匀速运动，打点计时器打出的点间隔基本相等．⑥ 根据牛顿第二定律可知：F = (M ＋m )a ⇒ 1a = M F + m F ，1a 与m 为一次函数关系，是线性关系．⑵ ① 为保证小车所受拉力近似不变，应满足小吊盘和盘中物块的质量之和远小于小车的质量．② 由Δx = aT2可知，a = (s 3 – s 1)/2(5Δt )2，由图可读出s 1 = 36.7 mm – 12.5 mm = 24.2 mm ，s 3 = 120.0 mm –72.8 mm = 47.2 mm ，换算后代入上式中，得a = 1.15 m/s 2．③ 设小车质量为M ，由牛顿第二定律可得：F = (M ＋m )a ⇒ 1a = M F + m F ，结合图象可知：1F = k ⇒ F = 1k ，M F = b ⇒ M = bF = bk ．2．答案：⑴ 拉力F 小车所受拉力 0.64 ⑵ 在小车所受外力不变的条件下，加速度与质量成反比例关系 a – m -1⑶ C解析：⑴ 采用控制变量法研究加速度与质量的关系，需将外力F 保持不变，平衡摩擦后，可将砂桶及砂的重力等效为F ；纸带上有六组数据，充分利用数据，采用“逐差法”计算，即有a = [(s 6 + s 5+ s 4) – (s 3 + s 2 + s 1)]/9T 2 = 0.64 m/s 2． ⑵ 通过1、5、7组数据，可看到质量加倍，加速度在误差范围内减半，故加速度与质量成反比例关系；a – m 图线为曲线，并不能说明是成反比例关系，故应作a – m -1图线． ⑶ 由于OA 段a – F 关系为一倾斜的直线，所以在质量不变的条件下，加速度与外力成正比；由实验原理知：m ′g = ma ，a = m ′g /m = F /m ，而实际上a ′ = m ′g /(m + m ′)，可见AB 段明显偏离直线是由于没有满足m ≫m ′．三．考点分类探讨 典型问题例1答案：⑴ 加速度 见解析 ⑵ 小车质量 小车加速度与拉力成正比 ⑶ 小车所受拉力 小车加速度与质量成反比 ⑷ 30 cm解析：⑴ 甲、乙两车位移之比等于加速度之比，由x = at 2/2在t 相同得x 甲∶x 乙= a 甲∶a 乙； ⑵ 第一次实验中控制小车质量不变，在实验误差允许范围内，小车加速度与拉力成正比； ⑶ 第二次实验中控制小车所受拉力不变，在实验误差允许范围内，小车加速度与质量成反比； ⑷ a 甲∶a 乙 = (F 甲/m 甲)：(F 乙/m 乙) = 3/5，x 甲∶x 乙= a 甲∶a 乙 = 3：5，得x 乙 = 30 cm ．变式1 答案：⑴ d /Δt 1 d /Δt 2 [(d /Δt 2)2 – (d /Δt 1)2]/2x 8.15 ⑵ BC解析：⑴ 根据极限思想，物体在极短时间内的平均速度近似等于瞬时速度，可求得v 1 = d /Δt 1，v 2= d /Δt 2，根据运动学公式v 22 - v 12 = 2ax 可求得a = [(d /Δt 2)2 – (d /Δt 1)2]/2x ；游标卡尺主尺上读出8 mm ，游标上第3刻度线与主尺对齐，3×0.05 mm，游标卡尺读数为8 mm ＋3×0.05 mm = 8.15 mm ．⑵ F = Mg sin θ = Mg h l，要保持滑块所受的合力不变，M 增大时，h 必须减小；M 减小时，h 必须增大，以保持二者乘积不变．故选项B 、C 正确．四．考题再练 高考试题1．① AD ② 远小于 ③ 小于 大于预测1 答案：⑴ 小车与滑轮间的细绳与长木板平行 砂和砂桶的总质量远小于小车的质量 C⑵ 0.54 kg·m 或0.54 N·s 2不变 五．课堂演练 自我提升1．答案：⑴ ② 匀速直线 ⑵ (v B 2 – v A 2)/2L 2.40 ⑶ 如解析图所示 ⑷ 没有完全平衡摩擦力 解析：⑴ 判断摩擦力是否平衡，要根据小车不受拉力作用时，沿长木板能否做匀速直线运动． ⑵ 小车在拉力作用下做匀变速直线运动，由匀变速直线运动的规律可得：a = (v B 2 – v A 2)/2L ．小车在不同拉力作用下均做匀变速直线运动，由v B 2 – v A 2与a 成正比可得：a = 2.40 m/s 2． ⑶ 根据表中a 与F 的数据描点，发现各点基本处于同一条直线上，通过各点作直线即可．⑷ 没有完全平衡摩擦力．当没有完全平衡摩擦力时，由F - F f = ma得：a = 1m F - Ffm，a - F 图线交于F 轴的正半轴．2．⑴ 未平衡摩擦力或平衡摩擦力不足 ⑵ 否 ⑶ 1解析：⑴ a – F 图象与横轴交点为（0.1，0），说明施加外力在0.1 N 之内小车和传感器没有加速度，说明实验前没有平衡摩擦力或者平衡摩擦力不足． ⑵ 因传感器可直接测出小车和传感器受到的拉力，因此不需要保证砂和桶的质量远小于小车和传感器的总质量．⑶ a – F 图象斜率为 1/m ，由图知图象斜率k = 1，则小车和传感器的总质量为1 kg ．。

2 实验:探究加速度与力、质量的关系[定位·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。

一、实验目的1.学会用控制变量法探索物理规律。

2.探究加速度与力、质量的关系。

二、实验原理实验的基本思想——控制变量法(1)加速度与力的关系:保持小车质量不变,通过改变槽码的个数改变小车所受拉力。

测得不同拉力下小车运动的加速度,找出加速度与拉力的关系。

(2)加速度与质量的关系:保持小车所受的拉力不变,通过在小车上增加重物改变小车的质量。

测得不同质量的小车在这个拉力下运动的加速度,找出加速度与质量的关系。

三、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、交流电源、纸带、刻度尺、天平。

四、实验步骤1.用天平测出小车的质量M,并把数值记录下来。

2.按如图所示把实验器材安装好,纸带穿过打点计时器连在小车上(小车上先不系绳)。

3.阻力补偿:在长木板不带定滑轮的一端下面垫一垫木,反复移动垫木位置,接通打点计时器电源,轻推小车,直到小车拖动纸带能在斜面上做匀速直线运动为止(纸带上相邻点间距相等)。

4.细绳一端挂槽码,另一端绕过定滑轮系在小车上,接通电源,放开小车,在小车碰到定滑轮前停住小车,关闭打点计时器电源,取下纸带,并标上号码,据此计算出小车的加速度。

5.保持小车(含砝码)的质量不变,改变所挂槽码的总质量,重复步骤4,多做几次实验,记录所挂槽码的总重力m1g、m2g、…,并填入表1中。

表16.保持槽码的质量不变,在小车上加放砝码,重复步骤4,多做几次实验,记录小车和砝码的总质量M1、M2、…,并填入表2中。

实验四探究加速度与力、质量的关系一、实验目的1．学会用控制变量法研究物理规律。

2．探究加速度与力、质量的关系。

3．掌握运用图像法处理问题的方法。

二、实验原理、器材1．控制变量法探究加速度与力、质量的关系(1)保持质量不变，探究加速度跟合外力的关系。

(2)保持合外力不变，探究加速度与质量的关系。

(3)作出a-F图像和a-1M图像，确定a与F、M的关系。

2．装置图与器材(1)装置图(2)器材：小车、槽码、细绳、一端带有定滑轮的长木板、垫木、打点计时器、学生电源、导线、纸带、天平、刻度尺、坐标纸。

三、实验步骤与操作1．测质量：用天平测出小车的质量M和槽码的质量m。

2．安装：按装置图把实验器材安装好，先不要把悬挂槽码的细绳系在小车上。

3．平衡摩擦力：在长木板没有滑轮的一端下面垫一木块，移动木块的位置，直至小车在不受牵引时能拖动纸带沿木板做匀速直线运动。

4．操作(1)槽码通过细绳绕过定滑轮系在小车上，先接通电源后放开小车，取下纸带并编号。

(2)保持小车的质量M不变，改变槽码的质量m。

(3)保持槽码的质量m不变，改变小车的质量M。

(4)重复进行多次实验。

5．求加速度a：在每条纸带上选取一段比较理想的部分，求加速度a。

四、实验数据处理与误差分析1．探究加速度与力的关系(1)根据多组(a ，F )数据作出a -F 图像，如图甲所示。

若图像是一条过原点的直线，可判断a ∝F 。

(2)误差分析：如图乙所示。

①图像解析式为a ＝1m ＋M·F 。

可见连接数据点和坐标系原点的直线斜率为1m ＋M。

若M 为定值，则随着m 的增大，此斜率会减小，当m 不再远小于M 时，图像向下弯曲。

②F ＝mg ＝0时，小车具有非零的加速度a ，这说明平衡摩擦力过度。

③当F ＝mg 增大到某值时，小车才具有非零的加速度a ，这说明平衡摩擦力不足或没有平衡摩擦力。

2．探究加速度与质量的关系(1)根据多组(a ，M )数据作出a -M 和a -1M 图像，如图丙所示。

课题：探究加速度与物体质量、物体受力的关系教学目标1学会用控制变量法研究物理规律。

2、验证牛顿运动定律。

3、掌握利用图像处理数据的方法。

教学重难点1、探究加速度与力、质量的关系2、实验误差分析。

学情分析学生在小高考备考时已初步复习过该实验，对实验的原理和步骤应有了解。

本次复习应在实验误差分析和实验的改进和创新方面多下功夫教学过程（四个环节：问题导学问题研讨问题深入问题总结）教学内容教法学法设计二次备课（手写）注意事项1.实验方法：控制变量法。

2.平衡摩擦力：不悬挂小盘，但小车连着纸带。

3.不重复：不重复平衡摩擦力。

4.实验条件：M≫m。

小盘和砝码的总重力才可视为小车受到的拉力。

5.一先一后一按住：先接通电源，后放小车，且在小车到达滑本实验，难度不大，可以让学生先再次复习课本上知识，再小组讨论，得到实验相关知识学法：学生自主完成创新设计，经过师生交流，纠错、深化理解。

误差分析1.因实验原理不完善引起的误差：本实验用小盘和砝码的总重力mg代替小车的拉力，而实际上小车所受的拉力要小于小盘和砝码的总重力。

2.摩擦力平衡不准确、质量测量不准确、计数点间距测量不准确、纸带和细绳不严格与木板平行都会引起误差【例1】(2022·江苏盐城高三期中)如图1所示，在“探究质量一定，加速度与物体受力关系”的实验中，现有两种方案：甲方案，选择小车为研究对象，用砝码和盘的重力作为拉力；乙方案，选择小车、砝码和盘整体作为研究对象，用砝码和盘的重力作为研究对象所受的拉力。

(1)用乙方案实验，________平衡摩擦力(填“需要”或“不需要”)；教法:教师呈现详细的解题过程，问学生哪些环节有问题，进行针对性分析讲解。

板书设计一、实验目的二、实验器材三、实验原理二、实验步骤布置作业。

4.2实验：探究加速度与力、质量的关系班级________姓名________学号_____ 教学目标:★知识与技能要求学生认真瞧书，明确用“对比〞的方法测量加速度；探究加速度与力、质量的关系；作出a-F、a-1／m图象。

★过程与方法1．在学生实验的根底上得出a∝F、a∝1／m的实验结论，并使学生对牛顿第二定律有初步的理解。

2．渗透科学的发觉、分析、研究等方法。

★情感态度与价值瞧通过对a∝F、a∝1／m的探究，在提高学生实验能力的根底上，体验探究带来的乐趣，激发学生学习物理的爱好。

教学重点与难点:重点：对a∝F、a∝1／m的探究难点：对探究性实验的掌握。

教学方式：本节课要紧采取的是“实验——探究〞教学方式。

教学工具：1．学生分组实验的器材：木板、小车、打点计时器、电源、小筒、细线、砝码、天平、刻度尺、纸带等。

(①附有滑轮的长木板2块；②小车2个；③带小钩或小盘的细线2条；④钩码(槽码)，规格：10 g、20 g，用做牵引小车的力；⑤砝码，规格：50 g、100 g、200 g，用做改变小车质量；⑥刻度尺；⑦1 m～2 m粗线绳，用做操纵小车运动)假如没有小规格钩码或槽码，能够用沙桶及沙子替代，增加天平及砝码，用来测质量。

2．计算机及自编软件，电视机(作显示)。

3．投影仪，投影片。

教学设计：新课导进：1．复习提咨询：物体运动状态改变快慢用什么物理量来描述，物体运动状态改变与何因素有关?关系是什么?教师启发引导学生得出：物体运动状态改变快慢用加速度来描述，与物体质量及物体受力有关。

(学生更具体的答复可能为：物体受力越大，物体加速度越大；物体质量越大，物体加速度越小)2．教师引导提咨询进进新课：物体的加速度与物体所受外力及物体的质量之间是否存在一定的比例关系?假如存在，其关系是什么?请同学猜一猜。

(学生会提出许多种推测，对每一种推测，教师都应予以确信)教师在学生推测的根底上进一步引导启发学生：我们的推测是否正确呢，需要用实验来检验。

第4章第2节实验探究加速度与力、质量的关系【知识与技能】1、理解物体运动状态的变化快慢,即加速度大小与力有关，也与质量有关.2、通过实验探究加速度与力和质量的定量关系。

【过程与方法】1、使学生掌握在研究三个物理量之间关系时,用控制变量法实现。

2、指导学生根据原理去设计实验。

3、帮助学生会分析数据表格，利用图象寻求物理规律。

【情感态度与价值观】1、通过实验探究激发学生的创新精神.2、使学生体验探索自然规律的艰辛与喜悦。

【教学过程】【实验目的】1．学会用控制变量法研究物理规律.2．验证牛顿第二定律。

3．掌握利用图象处理数据的方法.【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，即先控制一个参量——小车的质量M不变，探究加速度a与力F的关系；再控制小盘和砝码的质量不变，即力F不变，探究加速度a与小车质量M的关系。

【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、薄木块。

【实验步骤】1．称量质量：用天平测小盘的质量m0和小车的质量M0。

2．安装器材:按照实验原理图所示装置把实验器材安装好，只是不把悬挂小盘的细绳系在小车上(即无小车牵引力）。

3．平衡摩擦力：在长木板的不带定滑轮的一端下面垫上一块薄木块,反复移动薄木块的位置,直至小车在不挂小盘和砝码的情况下能沿木板做匀速直线运动为止。

4．测量加速度：（1）保持小车的质量不变：把小车靠近打点计时器，挂上小盘和砝码，先接通电源,再让小车拖着纸带在木板上匀加速下滑，打出一条纸带.计算小盘和砝码的重力,即为小车所受的合力,由纸带计算出小车的加速度，并把力和对应的加速度填入表（一)中。

改变小盘内砝码的个数，并多做几次。

（2）保持小盘内的砝码个数不变：在小车上放上砝码改变小车的质量，让小车在木板上滑动打出纸带.计算砝码和小车的总质量M，并由纸带计算出小车对应的加速度,并将所对应的质量和加速度填入表（二）中.改变小车上砝码的个数，并多做几次。