4.2 探究加速度与力、质量的关系

第2节实验：探究加速度与力、质量的关系导学案【学习目标】1.能够设计探究加速度与力、质量的关系实验方案。

2.能够完成实验的操作和测量过程，以及通过控制变量法对数据进行图像处理，体验如何平衡摩擦力，减小系统误差（钩码所受的重力不等于小车所受的拉力等）的操作方法。

【学习重难点】1.怎样测量物体的加速度；（重点）2.平衡摩擦力和测量物体所受的合外力；（重点）3.对平衡摩擦力方法的理解以及测量物体所受的合力的方法；（难点）4.指导学生选器材、设计方案、进行实验、作出图像、得出结论。

（难点）【知识回顾】1.牛顿第一定律：一切物体总保持状态或静止状态，除非作用在它上面的迫使它改变这种状态。

2.意义：揭示了运动与力的关系，即力不是维持物体运动状态的原因，而是改变物体运动状态的原因。

3.惯性：物体保持原来状态或静止状态的性质叫作惯性。

牛顿第一定律也被叫作惯性定律。

4.惯性与质量：决定物体惯性大小的物理量是它的质量，质量大的物体惯性。

说明惯性大小只由质量大小决定，与其他因素无关。

【自主预习】1.实验方法：法2.实验思路：本实验有三个需要测量的量：物体的、物体所受的和物体的。

测出它们的值，分析数据，得出结论。

(1)质量M：用测量。

(2)测量物体的加速度a方案一：利用打出的纸带测量小车的加速度a。

“逐差法”求解加速度：方案二：让两个小车做初速度为0的匀加速直线运动，在相等的时间内，由x ＝12at 2知 ，把测量加速度转换成测量位移。

(3)测物体受到的拉力F方案一：用 法补偿打点计时器对小车的阻力及其他阻力，小车所受的拉力近似等于槽码的总重力。

阻力补偿后，绳的拉力F 为小车所受合外力，绳的拉力F ＝mg 须满足 的条件，其中m 为槽码质量，M 为小车质量。

方案二：用 测拉力【课堂探究】 思考与讨论：(1)由牛顿第一定律的学习，什么是改变物体运动状态的原因？ (2)由牛顿第一定律的学习，质量的大小对物体状态的改变是否有影响？(3)我们知道描述物体状态改变的物理量是速度，那么速度变化的快慢我们通常用哪个物理量来描述？ (4)加速度与力、质量之间存在怎样的定量关系呢？ 一、实验思路 思考与讨论：(1)当我们要探究某个物理量与另外两个或多个物理量之间的定量关系时，我们在探究过程中通常需要如何来做比较合理？(2)我们在探究加速度与力、质量的关系时，我们应当如何应用控制变量法来进行实验？ (3)根据以上讨论，你认为实验过程中我们需要测量哪些物理量呢？(4)为最终实现对加速度与力、质量关系的探究，你是否可以用以下实验器材设计一个或几个方案完成这一任务呢？二、物理量的测量（一）物理量的测量1.质量的测量：用测量2.加速度的测量：方法一：如果物体做初速度为零的匀加速直线运动，则可利用刻度尺测量位移和秒表测量时间，然后由公式可算出。

4.2 实验：探究加速度与质量、力的关系一．知识梳理1．实验目的：2．实验原理：3．实验器材：4．实验注意要点：（1）（2）（3）二．问题精析【问题1】在的实验中，小车包括砝码的质量为什么要远大于砂和砂桶的总质量。

【问题2】在利用打点计时器和小车做实验时，实验前为什么要平衡摩擦力？应当如何平衡摩擦力？【问题3】-F图线出现截距的原因和调整方法是什么？三．课后练习1．在验证牛顿第二定律的实验中，平衡摩擦力时（）A．不能将装砂子的小桶用细绳通过滑轮系在小车上B．小车后的纸带必须连好，但打点计时器可以不打点C．应使打点计时器打在纸带上的相邻点迹间的距离相等D．每次改变小车的质量，必须再次平衡摩擦力2．在做验证牛顿第二定律实验时（）A．应该使砂子和小桶的总质量远小于小车和砝码的总质量，以减小实验误差B．可用天平测得小桶和砂的总质量m1，小车和砝码的总质量m2,根据公式，求出小车的加速度C．处理实验数据时采用描点法画图象，是为了减小误差D．处理实验数据时采用图象，是为了便于根据图线直接地作出判断3．某学生在做验证牛顿第二定律实验中，测得小车加速度a和拉力F数据如下表所示（1）根据表中的数据在右图中作出a-F图线（2）图线在F轴上截距物理意义是（3）图线斜率物理意义是4．做验证牛顿第二定律的实验中，由于没有考虑砂桶的质量，结果的图象应该是哪一幅？（）5．右图是根据验证牛顿第二定律实验数据描述的三条a－F图线，下列说法中正确的是（）A．三条倾斜线所对应的小车和砝码的总质量相同B．三条倾斜线所对应的小四和砝码的总质量不同C．直线1所对应的小车和砝码的总质量最大D．直线3所对应的小车和砝码的总质量最大6．某学生做：“验证牛顿第二定律/的实验在平衡摩擦力时，把长木板的端垫得过高，使得倾角偏大。

他所得到a-F关系可用图1-11中哪根图线表示？（图中a是小车的加速度，F是细线作用于小车的拉力）（）。

打点计时器§4.2实验：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．掌握利用图象处理数据的方法． 二、实验原理 采用控制变量法：1．保持物体质量m 不变，探究加速度a 与力F 的关系． 2．保持物体受力相同，探究加速度a 与质量m 的关系． 三、实验器材 打点计时器，纸带及复写纸片，小车，一端附有定滑轮的长木板，小桶和砂（或小盘和砝码），细绳，导线，天平，刻度尺，砝码。

四、实验步骤1．用天平测出小车和小桶的质量M 和M /，把数值记录下来。

2．按图把实验器材装好，不挂小桶。

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，让小车能在其上面做匀速运动。

4．把细绳系在小车上并绕过滑轮悬挂小桶，先接通电源再放开小车，取下纸带并标上号码。

5．保持小车质量不变，向桶中加砂，做上述试验，把力F （即砂桶总重）对应的纸带标好。

6．保持力F 不变，向车中加砝码，做上述试验，将（车与砝码总）质量M 对应的纸带标好。

7．计算出加速度，作出a —F 图像和a —1/M 图像。

表一：表二：a ∝1m画出图像： 实验结论：a ∝F ，五、注意事项(1)平衡摩擦力时应调出一个合适的斜面，使小车的重力沿斜面的分力正好平衡掉小车受的摩擦力。

(2) 平衡摩擦力时不要挂重物，整个实验平衡了摩擦力后，不管以后是改变小盘和砝码的质量还是改变小车及砝码的总质量，都不需要重新平衡摩擦力。

(3)试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。

(4)改变拉力和小车的质量后，每次实验开始应使小车尽量靠近打点计时器，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。

(5)作图时两轴比例标度要选择适当。

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。

六、误差分析1．系统误差即因实验原理不完善造成的误差。

第4.2课时探究加速度与力、质量的关系一、实验目的1.探究加速度与力、质量的关系．2.掌握运用图像处理问题的方法．二、实验原理用控制变量法探究加速度a与力F、质量M的关系，可以先保持F不变，研究a 和M的关系，再保持M不变，研究a和F的关系．三、实验器材带定滑轮的长木板、低压交流电源、复写纸片和纸带、小车、小盘、电磁打点计时器、天平、砝码、刻度尺、导线．四、实验步骤1.用天平测出小车的质量M，小盘和砝码的总质量m.2.按图把实验器材安装好，先不要把悬挂小盘的细绳系在车上．3.在木板的一端下面垫一木块，移动木块的位置，直至小车拖着纸带在斜面上做匀速运动．4.小盘绕过滑轮系于小车上，先通电源后放开小车，打完点后切断电源，取下纸带．5.保持小车的质量M不变，改变砝码和小盘的质量m，重复步骤4三次．6.在每条纸带上选取一段比较理想的部分，测加速度a.7.作aF的图像，若图像为一过原点的直线，证明加速度与力成正比．8.保持砝码和小盘的质量m不变，改变小车质量M，重复步骤4和6，作a 1 M图像，若图像为一过原点的直线，证明加速度与质量成反比．五、注意事项1．牵引小车的砝码应有10g、20g、50g等规格。

没有小规格砝码，可用沙桶装沙替代，质量用天平称量。

2．探究加速度与力的关系：小车质量为200g，两车上面均可加100g左右的砝码。

保持其中一个小车所挂砝码不变（如20g），另一小车所挂砝码逐渐加大，但不要过大。

砝码质量过大，会使图象线性变差。

3．探究加速度与质量的关系：一车质量固定为300g，另一车质量可自200g 起，逐次增加砝码至700g~800g。

牵引小车的砝码以30g~40g为宜。

小车质量过大，夹子不容易夹住车后拖线，造成位移误差。

4．小车后所系线绳要用适当粗些的棉绳，当夹子夹住线绳时不会滑动。

如果用表面较光滑的尼龙绳，当夹子闭合时线绳还会被小车拖一段距离才会停住。

解决的办法可在尼龙绳上擦一些松香，以增大线绳与夹子之间的摩擦力。