《4.2第2节实验：探究加速度与力、质量的关系》导学案
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《第2节实验：探究加速度与力.质量的关系》导学案
一.实验U的
1. 学会用控制变量法探究物理规律•
2. 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•
二.实验思路
采用控制变量法，在探究加速度与力、质量三者关系时，先让其中一个量
保持不变来探究其他两个量之间的关系.
控制小车的质量"不变 分析加速度a与力尸的关系
控制te码和小盘的质量不变即力尸不
变，改变小车的质量W 分析加速度a与弭的关系
三.实验器材
打点计时器、纸带、复写纸片、小车、一端附有定滑轮的长木板、小盘、 重物、夹子、细绳、交流电源、导线、天平(带有一套確码)、刻度尺•
四、实验步骤
1. 测质量：用天平测量小盘的质量处和小车的质量％
2. 安装器材：按如图所示将实验器材安装好(小车上不系绳)•
城带接电源
ir
3. 平衡摩擦力：把木板无滑轮的一端下面垫一薄木板，反复移动其位置,
使小车在不挂小盘和舷码的宿况下，能沿木板做匀速直线运动(纸带上相邻点的 间距相等)•
(1) 把小车停在打点计时器处，挂上小盘和確码，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，纸带记录了小车的运动悄况，取 下纸带并在纸带上标上号码及此时所挂小盘和確码的总重力吗&
(2) 保持小车的质量不变，改变小盘中確码的质量，巫复步骤(1),多做儿 次实验，并记录好相应纸带的编号及所挂小盘和確码的总重力处耳隔…
(1) 保持小车所受的合外力不变，在小车上加码，接通电源后放开小车,
用纸带记录小车的运动悄况：取下纸带，并在纸带上标上号码及小车和確码的 总质量盘.
(2) 继续在小车上增加確码，巫复步骤(1),多做儿次实验，在每次实验得
到的纸带上标上号码及小车和確码的总质量必，必，…
A Y
6.用公式或日=-厂求得小车的加速度⑦ 将得到的数据填入相应 表格中，以便进行数据验证•
五、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•
2.把不同质量的小车(小车和確码)在相同力的作用下产生的加速度大小填
在表中•
物理量 1 2 3 4 5 6
质量〃
1
M
加速度a
以8为纵坐标，分别以〃和7为横坐标，根据数据作玄一•"图象和召
(1) 保持物体质量不变时，物体的加速度a与所受力尸成正比•
(2) 在力尸不变时，物体的加速度a与质量"成反比・
六、误差分析
1.系统误差：本实验用小盘和確码的总重力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舷码的总重力.小盘和舷码的总质量越接近于 小车的质量，误差越大；反之，小盘和舷码的总质量越小于小车的质量，山此 引起的误差就越小-因此，要求小盘和確码的总质量远小于小车的质量是为了 减小因实验原理不完善而引起的误差・
2.偶然误差：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・
七、注虑事项
1.平衡摩擦力时不要挂車物-整个实验平衡了摩擦力后，不管以后是改变
小盘和码的质量还是改变小车和舷码的质量，都不需要更新平衡摩擦力•
2.实验中必须使小车和確码的总质量远大于小盘和確码的总质量•
3. 改变拉力和小车质量后，每次开始时小车应尽量黑近打点计时器，并应
先接通电源，再放开小车，且应在小车到达滑轮前按住小车•
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•
类型一实验原理和实验操作
莎〕在探究加速度与物体所受合外力和质量间的关系时，釆用如图所示 的实验装置，小车及车中的確码的总质量用弭表示，盘及盘中的確码的总质量 用加表示，小车的加速度可山小车后拖动的纸带上的由打点计时器打出的点计 算得出• 3.实验结论
小等于盘和盘中確码的重力•
(2)—组同学在保持盘及盘中的舷码质量一定的情况下，探究加速度与小车
质量的关系.以下做法正确的是(
A. 平衡摩擦力时，应将盘及盘中的確码用细线绕过定滑轮系在小车上
B. 每次改变小车的质量时，不需要重新平衡摩擦力
C. 实验时，先放开小车，再接通打点计时器电源
D. 用天平测出加和必 之后可直接用公式a=器求出小车运动的加速度
(3) 在保持小车及车中的確码质量”一定，探究加速度与所受合外力的关系
时，山于平衡摩擦力时操作不当，两位同学得到的a-F关系分别如图中屮.乙
所示(8是小车的加速度，尸是细线作用于小车的拉力)•出现以下1W况的原因分
乙图:
［解析］(1)对于盘及盘中舷码，有mg-T=ma^对于小车，有T=Ma.联 立可得a=曲I
d T=孙+課g,只有当/时，才可认为T^mg.
(2)平衡摩擦力时，先去掉盘、盘中確码和细线，只让小车在重力沿斜面方
向的分力作用下向左运动，当小车能匀速运动时，重力沿斜面方向的分力和摩 擦力平衡，故A不正确；调好后，当再次改变小车质量时，无需再平衡摩擦 力，B正确；实验时，要先接通打点计时器的电源，使打点计•时器正常工作, 再释放小车，C不正确；小车的加速度是通过处理纸带确定的，D不正确•
(3) III屮图可看出，尸 =0时，aHO,说明木板的倾角过大，重力沿斜面方
向的分力大于摩擦力.山乙图可看出，只有当尸达到一定值时，才会有加速 J
(1)当M与肿的大小关系满足 时，才可以认为细线对小车的拉力大
屮图: 0
乙 度，说明平衡摩擦力不足或未平衡摩擦力•
［答案］(1)冰(2)B (3)木板的倾角过大 没有平衡摩擦力或平衡摩 擦力不足
本实验用到的物理方法及注意事项
实验方法 控制变量法
实验条件 ①平衡摩擦力；②加＜"
数据处理方法 图象法一一化曲为直
打点计时器 的使用方法 一先一后一按住.先接通电源、后放开小 车，小车到达滑轮之前按住小车
类型二数据处理和误差分析
「画⑵ 某同学设计•了一个探究加速度5与物体所受合力尸及质量m关系的实
验，如图屮为实验装置简图(交变电流的频率为50 Hz). 小隻田^吏戛単A花tf■时》
6・19 6.70 7.21 7.72
4位：cm
乙
(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/S"结果保®两位有效数字).
(2)保持沙和沙桶的总质量不变，改变小车质量皿分别得到小车的加速度
自与质打及对应的謬据，如表所示:
实验序号 1 2 3 4 5 6 7 8
小车的加速 度
a/(m • s~") 1.90 1.72 1.49 1.25 1.00 0. 75 0. 50 0. 30
小车的质量
m/kg 0. 25 0. 29 0. 33 0. 40 0. 50 0. 71 1.00 1.67
L/kg-i
4.00
3. 45 3.03 2. 50 2. 00 1.41 1.00 0. 60
m
请在如图丙所示的方格坐标纸中画出a—-图线，并依据图线求出小车的加
737
速度&与质量倒数詳间的关系式:
(3) 保持小车的质量不变，改变沙和沙桶的总质量，该同学根据实验数据作
出了加速度a随合力尸变化的图线，如图丁所示，该图线不通过原点，其主要原
因是
［解析］(1)在连续相等的时间间隔内，从纸带上可得到四段位移的大小, 可以选用公式法计算加速度•
山题图乙可知*1 = 6・19 cm,疋=6. 70 cm,・勺=7・21 cm, X\ = J12 cm.
电火花计时器的打点周期z=-=o. 02 S,
(7. 72+7. 21)- (6.70 + 6.19)x0，〃心.2 m/sl
⑵在a--坐标系中描点连线得8—-图线，如图所示，可得a=-
BJ IB LIB
2.5
2卅卅卅
1 •卅删jtlifittii 删* 黜删甘,
0 LO 2.0 3,0 4.0 5.0
(3) III a-F图线知尸增大至某值时物体开始有加速度，说明实验前没有平衡 摩擦力或者平衡摩擦力不充分・ (胫+及)—(上+小) a=
(47)-
(4X0. 02)- a/(ni ■
丁9
T ［答案］(1)3.2 (2)见解析图所示a=-
(3)实验前没有平衡摩擦力或者平衡摩擦力不充分
实验中作出的a-尸图象有时不过原点，造成这种现象的主要原因是：实验 中没有考虑所挂重物的托盘的质量，误将a物的重力等于拉力只 或是平衡摩 擦力时垫得太高了，此时会出现图象屮的情况：若实验中没有平衡摩擦力或摩
擦力平衡不充分，则会出现图象乙的悄况・
类型三实验改进与创新
<31某实验小组用如图1所示的装置探究质量一定时加速度与力的关
系-用铁架台将两块固定有定滑轮的木板架起，木板的右端固定了两个打点计 时器，将两个质量相等的小车月、方放置在木板右端，用细线绕过滑轮组后与两 小车相连•两条纸带穿过打点il•时器后分别与小车连接在一起-将两个打点计 时器接在同一个电源上，确保可将它们同时打开或关闭-实验时，屮同学将两 小车按住，乙同学先在动滑轮下方挂上一个钩码，再接通电源使打点计时器开 始工作-打点稳定后，屮将两俩小车同时释放.在小车撞到定滑轮前，乙断开 电源，两打点计时器同时停止工作，取下两条纸带，通过分析处理纸带记录的
信息，可以求出两小车的加速度，进而完成实验-请回答以下问题:
图2
(1) 图2为小车月后面的纸带，纸带上的0, 1, 2, 3, 4, 5, 6为每隔4个
打印点选取的il•数点，相邻两il•数点间的距离如图2中标注，单位为cm•打点
计时器所用电源的频率为50 Hz、则小车力的加速度鸟= 留两位有效数字)，同样测出小车万的加速度越，若a. : a：近似等于m/s"结果保 F
