高考物理必考实验精细精讲实验四探究加速度与力、质量的关系学案

以下是一个实验探究加速度与力和质量的关系的简要教案：
实验名称：探究加速度与力和质量的关系
实验目的：
1. 了解力对物体运动状态的影响；
2. 探究加速度与施加的力和物体质量之间的关系。

实验材料：
1. 平滑水平桌面
2. 小推车或滑轮组
3. 牵引绳
4. 弹簧测力计
5. 不同质量的金属块
实验步骤：
1. 在水平桌面上放置小推车或滑轮组。

2. 用牵引绳连接弹簧测力计和小推车，并确保绳子通过滑轮组。

3. 给小推车施加不同大小的拉力，记录每次施加的力值。

4. 将不同质量的金属块放在小推车上，保持拉力不变，记录金属块的质量和推车的加速度。

5. 重复实验多次，以获得可靠的数据。

实验数据处理：
1. 根据实验数据绘制力与加速度的图表，分析它们之间的关系。

2. 计算不同质量下的加速度，比较结果并总结规律。

实验注意事项：
1. 确保实验台面光滑水平，减少外界干扰。

2. 每次实验前都要校准弹簧测力计，确保准确性。

3. 实验时要小心操作，避免受伤。

思考问题：
1. 根据实验结果，你觉得加速度与施加的力和物体质量之间有何关系？
2. 实际生活中还有哪些情况符合你在本实验中得出的结论？
通过这个实验，学生可以直观地感受到力对物体运动状态的影响，理解加速度与力和质量之间的关系。

同时，培养学生的实验设计能力和数据分析能力。

第四章运动和力的关系第二节探究加速度与力、质量的关系一、教学目标1.知识与技能：理解并掌握牛顿第二定律的基本内容，即加速度与力、质量之间的关系。

学会通过实验方法探究加速度、力、质量三者之间的定量关系。

能够运用控制变量法设计实验，并准确记录和分析实验数据。

2.过程与方法：通过实验操作和数据分析，培养学生的动手能力和科学探究精神。

引导学生运用逻辑推理和数学方法处理实验数据，得出科学结论。

3.情感态度与价值观：激发学生对物理学的兴趣和好奇心，培养严谨的科学态度。

培养学生团队合作和沟通交流的能力，增强团队协作精神。

二、教学重难点1.教学重点：牛顿第二定律的内容及其理解。

通过实验探究加速度与力、质量之间的关系。

2.教学难点：实验设计的合理性，确保控制变量的准确性。

数据处理和分析，正确得出加速度、力、质量之间的定量关系。

三、教学方法实验探究法：通过设计实验，让学生亲手操作，探究加速度与力、质量之间的关系。

讨论交流法：引导学生分组讨论实验设计、数据记录和分析方法，培养团队合作和沟通能力。

归纳总结法：通过实验数据和逻辑推理，归纳总结出牛顿第二定律。

四、教学用具实验器材：小车、打点计时器、纸带、刻度尺、砝码、弹簧秤、斜面等。

多媒体设备：用于展示实验步骤、数据记录表格和实验结果。

五、教学过程1.导入新课：通过回顾牛顿第一定律，引出物体运动状态改变需要力的作用，进而提出加速度与力、质量之间可能存在的关系。

2.讲授新课：介绍牛顿第二定律的基本内容，即F=ma，其中F为物体受到的合力，m为物体的质量，a为物体的加速度。

讲解控制变量法的原理及其在物理实验中的应用。

3.实验设计：引导学生分组讨论实验设计，确定实验步骤和注意事项。

强调控制变量法在实验中的应用，即分别探究加速度与质量、加速度与力的关系时，需要保持另一个变量不变。

4.实验操作：学生分组进行实验，记录实验数据。

教师巡回指导，确保实验操作的正确性和安全性。

5.数据分析：学生根据实验数据，运用数学方法（如比例法、图像法等）分析加速度与力、质量之间的关系。

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。

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。

第二节实验：探究加速度与力、质量的关系1．会做“探究加速度与力、质量的关系”实验。

2．学会用“控制变量法”探究加速度与力、质量的定量关系。

3．会用图象表示加速度与力、加速度与质量之间的关系。

能根据实验数据得出实验结论。

1.实验原理(1)探究方法——□1控制变量法 ①控制□2小车的质量M 不变，改变□3拉力F，探究加速度a与力F 的关系。

②控制□4砝码和小盘的质量m不变，即力F 不变，改变□5小车的质量M ，探究加速度a 与质量M 的关系。

(2)要测量的物理量 ①小车和放在小车上的钩码的总质量M 。

②小车受的拉力F (小盘和盘内砝码的总重力)。

③小车的□6加速度a。

2．实验器材□7打点计时器、纸带、复写纸、小车、□8一端附有定滑轮的长木板、小盘、钩码(100 g)4个、夹子、细绳、低压□9交流电源、导线、天平(带有一套砝码)、□10刻度尺。

课堂任务 探究过程·获取数据仔细观察实验装置图，认真参与“师生互动”。

活动1：本实验作为研究对象的物体是什么？提示：作为研究对象的物体是小车。

活动2：怎样测量(或比较)物体(例如小车)的加速度？提示：如果物体做初速度为0的匀加速直线运动，则用刻度尺测量位移并用秒表测量时间，然后由a＝2x t2算出。

也可以在运动物体上安装一条打点计时器的纸带，根据纸带上打出的点来测量加速度。

也可以不测加速度的具体数值，测量不同情况下(即受力不同时、质量不同时)物体加速度的比值。

由于a＝2x t2，如果测出两个初速度为0的匀加速直线运动在相同时间内发生的位移x 1、x 2，则a 1a 2＝x 1x 2。

活动3：怎样提供并测量物体(例如小车)所受的恒力？提示：如图所示，当小盘和砝码的质量远小于小车质量的情况下，可以认为小盘和砝码的重力近似等于小车所受的拉力(合外力)。

活动4：怎样平衡小车在运动过程中的摩擦力？提示：在长木板不带定滑轮的一端下面垫一木块，反复移动木块位置，直到轻推小车，使小车可保持匀速直线运动为止(纸带上相邻点间距相等)。

实验四 探究加速度与力、质量的关系考纲解读 1.学会用控制变量法研究物理规律.2.学会灵活运用图象法处理物理问题的方法.3.探究加速度与力、质量的关系，并验证牛顿第二定律．基本实验要求1．实验原理(见实验原理图)(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 图象和a －1m图象，确定其关系． 2．实验器材小车、砝码、小盘、细绳、附有定滑轮的长木板、垫木、打点计时器、低压交流电源、导线两根、纸带、天平、米尺．3．实验步骤(1)测量：用天平测量小盘和砝码的质量m ′和小车的质量m .(2)安装：按照如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，使小车能匀速下滑．(4)操作：①小盘通过细绳绕过滑轮系于小车上，先接通电源后放开小车，取下纸带编号码． ②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①.③在每条纸带上选取一段比较理想的部分，测加速度a .④描点作图，作a －F 的图象．⑤保持砝码和小盘的质量m ′不变，改变小车质量m ，重复步骤①和③，作a －1m图象． 规律方法总结1．注意事项(1)平衡摩擦力：适当垫高木板的右端，使小车的重力沿斜面方向的分力正好平衡小车和纸带受到的阻力．在平衡摩擦力时，不要把悬挂小盘的细绳系在小车上，让小车拉着穿过打点计时器的纸带匀速运动．(2)不重复平衡摩擦力．(3)实验条件：m ≫m ′.(4)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打点计时器，并应先接通电源，后释放小车，且应在小车到达滑轮前按住小车．2．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m ′g 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．3．数据处理(1)利用Δx ＝aT 2及逐差法求a .(2)以a 为纵坐标，F 为横坐标，根据各组数据描点，如果这些点在一条过原点的直线上，说明a 与F 成正比．(3)以a 为纵坐标，1m为横坐标，描点、连线，如果该线为过原点的直线，就能判定a 与m 成反比． 考点一 实验原理与实验操作例1 (2013·天津·9(2))某实验小组利用图1所示的装置探究加速度与力、质量的关系．图1①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在木块上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，不需要重新调节木板倾斜度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________木块和木块上砝码的总质量．(选填“远大于”、“远小于”或“近似等于”)图2③甲、乙两同学在同一实验室，各取一套图1所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2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2可知，m 甲________m 乙，μ甲________μ乙．(选填“大于”、“小于”或“等于”)解析 ①在探究加速度与力、质量的关系的实验中，平衡摩擦力时木板不通过定滑轮挂砝码桶，而要挂纸带，并且改变质量时不需要重新平衡摩擦力；在实验时应先接通电源再放开木块，故选项A 、D 均正确，B 、C 均错误．②选木块(M )、砝码桶及桶内的砝码(m )为研究对象，则mg ＝(M ＋m )a ①选砝码桶及桶内的砝码为研究对象则mg －F T ＝ma ②联立①②得：F T ＝mg －m 2g M ＋m要使F T ＝mg 需要m 2g M ＋m―→0即M ≫m ③对木块由牛顿第二定律得：F －μmg ＝ma即a ＝1mF －μg . 由上式与题图结合可知：1m 甲＞1m 乙，μ甲g ＞μ乙g . 即：m 甲＜m 乙，μ甲＞μ乙答案 ①AD ②远小于 ③小于 大于变式题组1．[实验原理与操作](1)我们已经知道，物体的加速度a 同时跟合外力F 和质量m 两个因素有关．要研究这三个物理量之间的定量关系的思想方法是____________________________．(2)某同学的实验方案如图3所示，她想用砂桶的重力表示小车受到的合外力F ，为了减小这种做法带来的实验误差，她先做了两方面的调整措施：图3a ．用小木块将长木板无滑轮的一端垫高，目的是______________________．b ．使砂桶的质量远小于小车的质量，目的是使拉小车的力近似等于________________．(3)该同学利用实验中打出的纸带求加速度时，处理方案有两种：A ．利用公式a ＝2x t 2计算；B ．根据a ＝Δx T 2利用逐差法计算． 两种方案中，你认为选择方案________比较合理．答案 (1)控制变量法 (2)a.平衡摩擦力 b ．砂桶的重力 (3)B解析 要研究这三个物理量之间的定量关系的思想方法是控制变量法．用小木块将长木板无滑轮的一端垫高，目的是平衡摩擦力．想用砂桶的重力表示小车受到的合外力F ，为了减小这种做法带来的实验误差，应使砂桶的质量远小于小车的质量，目的是使拉小车的力近似等于砂桶的重力．利用实验中打出的纸带求加速度时，需要根据a ＝Δx T 2利用逐差法计算，方案B 比较合理． 2．[实验操作与数据处理]如图4为“验证牛顿第二定律”的实验装置示意图．砂和砂桶的总质量为m ，小车和砝码的总质量为M .实验中用砂和砂桶总重力的大小作为细线对小车拉力的大小．图4(1)实验中，为了使细线对小车的拉力等于小车所受的合外力，先调节长木板一端滑轮的高度，使细线与长木板平行．接下来还需要进行的一项操作是( )A ．将长木板水平放置，让小车连着已经穿过打点计时器的纸带，给打点计时器通电，调节m 的大小，使小车在砂和砂桶的牵引下运动，从打出的纸带判断小车是否做匀速运动B ．将长木板的一端垫起适当的高度，让小车连着已经穿过打点计时器的纸带，撤去砂和砂桶，给打点计时器通电，轻推小车，从打出的纸带判断小车是否做匀速运动C ．将长木板的一端垫起适当的高度，撤去纸带以及砂和砂桶，轻推小车，观察判断小车是做匀速运动(2)实验中要进行质量m 和M 的选取，以下最合理的一组是( )A ．M ＝200 g ，m ＝10 g 、15 g 、20 g 、25 g 、30 g 、40 gB ．M ＝200 g ，m ＝20 g 、40 g 、60 g 、80 g 、100 g 、120 gC ．M ＝400 g ，m ＝10 g 、15 g 、20 g 、25 g 、30 g 、40 gD ．M ＝400 g ，m ＝20 g 、40 g 、60 g 、80 g 、100 g 、120 g(3)图5是实验中得到的一条纸带，A 、B 、C 、D 、E 、F 、G 为7个相邻的计数点，相邻的两个计数点之间还有四个点未画出．量出相邻的计数点之间的距离分别为：x AB ＝4.22 cm 、x BC ＝4.65 cm 、x CD ＝5.08 cm 、x DE ＝5.49 cm 、x EF ＝5.91 cm 、x FG ＝6.34 cm.已知打点计时器的工作频率为50 Hz ，则小车的加速度a ＝________m/s 2.(结果保留两位有效数字)图5答案 (1)B (2)C (3)0.42解析 (1)小车在运动过程中受到重力、支持力、纸带的拉力、木板对小车的摩擦力和细线拉力的作用．为了使细线对小车的拉力等于小车所受的合外力，因此应把木板的一端垫起适当的高度，以使重力、支持力、纸带的拉力和摩擦力的合力为零，即小车做匀速运动，因此在进行这一操作时，不应挂砂桶，小车应连接纸带，A 、C 项错误，B 项正确．(2)由于绳子的拉力不易测量，本实验中用砂和砂桶的总重力来代替绳的拉力，而砂桶做加速运动，设加速度大小为a ，则F T ＝m (g －a )，当砂桶的加速度很小时，F T 近似等于mg ，因此实验中应控制实验条件，使砂桶的加速度很小．只有当小车的质量远大于砂和砂桶的总质量时，小车和砂桶的加速度才很小，绳的拉力才近似等于砂和砂桶的总重力．C 项正确．(3)相邻两计数点间的时间T ＝0.1 s ，由Δx ＝aT 2可得 a ＝x FG ＋x EF ＋x DE －x CD －x BC －x AB 9T 2，代入数据解得a ＝0.42 m/s 2.考点二 数据处理与误差分析 例2 (2014·新课标Ⅰ·22)某同学利用图6(a)所示实验装置及数字化信息系统获得了小车加速度a 与钩码的质量m 的对应关系图，如图(b)所示．实验中小车(含发射器)的质量为200 g ，实验时选择了不可伸长的轻质细绳和轻定滑轮，小车的加速度由位移传感器及与之相连的计算机得到．回答下列问题：图6(1)根据该同学的结果，小车的加速度与钩码的质量成________(填“线性”或“非线性”)关系．(2)由图(b)可知，a—m图线不经过原点，可能的原因是________________________．(3)若利用本实验装置来验证“在小车质量不变的情况下，小车的加速度与作用力成正比”的结论，并直接以钩码所受重力mg作为小车受到的合外力，则实验中应采取的改进措施是________________________，钩码的质量应满足的条件是________________．解析(1)由题图可知小车的加速度与钩码的质量成非线性关系．(2)a—m图线不经过原点，在m轴上有截距，即挂上小钩码后小车加速度仍为零，可能的原因是存在摩擦力．(3)本实验直接以钩码所受重力mg作为小车受到的合外力，则应采取的措施是调节轨道的倾斜度以平衡摩擦力，钩码的质量应满足的条件是远小于小车的质量．答案(1)非线性(2)存在摩擦力(3)调节轨道的倾斜度以平衡摩擦力远小于小车的质量递进题组3．[对数据处理的考查]某同学设计了如图7所示的装置来探究加速度与力的关系，弹簧秤固定在一合适的木块上，桌面的右边缘固定一个光滑的定滑轮，细绳的两端分别与弹簧秤的挂钩和矿泉水瓶连接．在桌面上画出两条平行线P、Q，并测出间距d.开始时将木块置于P处，现缓慢向瓶中加水，直到木块刚刚开始运动为止，记下弹簧秤的示数F0，以此表示滑动摩擦力的大小．再将木块放回原处并按住，继续向瓶中加水后，记下弹簧秤的示数F，然后释放木块，并用秒表记下木块从P运动到Q处的时间t.图7(1)木块的加速度可以用d和t表示为a＝________.(2)改变瓶中水的质量重复实验，确定加速度a与弹簧秤示数F的关系．下图中能表示该同学实验结果的是( )(3)用加水的方法改变拉力的大小与挂钩码的方法相比，它的优点是( )A ．可以改变滑动摩擦力的大小B ．可以更方便地获取更多组实验数据C ．可以更精确地测出摩擦力的大小D ．可以获得更大的加速度以提高实验精度答案 (1)2d t 2 (2)C (3)BC 解析 (1)由d ＝12at 2可得：a ＝2d t 2. (2)由牛顿第二定律可知，F －F 0＝ma ，由a ＝1m F －F 0m，C 选项正确． (3)挂钩码的方法不能连续改变细绳的拉力大小，因此不能准确测出摩擦力的大小，也不利于获得多组测量数据，故B 、C 正确．4．[实验数据的处理与误差分析]某实验小组在实验室探究加速度与力、质量的关系．(1)甲同学在小车所受合外力不变时，改变小车的质量，得到数据如下表所示：图8a ．根据表中数据，在图甲所示的坐标系中描出相应的实验数据点，并作出a －1m图象．b ．由a －1m图象，可得出的结论为__________________________________________ ________________________________________________________________________.c ．小车受到的合外力大约为________．(结果保留两位有效数字)(2)乙同学在保持小车质量不变的情况下，通过多次改变对小车的拉力，由实验数据作出a －F 图象如图乙所示，图线不过原点的原因是________________，小车的质量为________kg.答案 (1)a.a －1m图象如图所示 b ．在物体所受合外力不变时，物体的加速度与质量成反比 c ．0.16 N(2)木板倾角过大 2解析 (1)c.由牛顿第二定律F ＝ma 得，a ＝F m，即图线的斜率等于小车所受的合外力，大小为F ＝0.785.00 N ≈0.16 N. (2)由图乙可知拉力等于零时，小车加速度不等于零，故木板倾角过大；由牛顿第二定律F ＝ma得a ＝F ·1m ，即图线的斜率等于小车质量的倒数，小车质量大小为m ＝42.2－0.2kg ＝2 kg.考点三 实验拓展与创新例3 某实验小组在“探究加速度与物体受力的关系”实验中，设计出如下的实验方案，其实验装置如图9所示．已知小车质量M ＝214.6 g ，砝码盘质量m 0＝7.8 g ，所使用的打点计时器交流电频率f ＝50 Hz.其实验步骤是：图9A ．按图中所示安装好实验装置；B ．调节长木板的倾角，轻推小车后，使小车能沿长木板向下做匀速运动；C ．取下细绳和砝码盘，记下砝码盘中砝码的质量m ；D ．将小车置于打点计时器旁，先接通电源，再放开小车，打出一条纸带，由纸带求得小车的加速度a ；E ．重新挂上细绳和砝码盘，改变砝码盘中砝码的质量，重复B —D 步骤，求得小车在不同合外力F 作用下的加速度．回答下列问题：(1)按上述方案做实验，是否要求砝码和砝码盘的总质量远小于小车的质量？________(填“是”或“否”)．(2)实验中打出的其中一条纸带如图10所示，由该纸带可求得小车的加速度a ＝________m/s 2图10(3)某同学将有关测量数据填入他所设计的表格中，如下表，________________________，从该图线延长线与横轴的交点可求出的物理量是__________________，其大小为________．图11答案 (1)否 (2)0.88 (3)在计算小车所受的合外力时未计入砝码盘的重力(只要涉及“未考虑砝码质量的因素”就算正确) 砝码盘的重力 0.08 N解析 (1)取下砝码盘后，小车加速运动时所受的合外力即为砝码和砝码盘的总重力，而实验中的研究对象是小车，因此，实验中不必使砝码及砝码盘的质量远小于小车的质量．(2)a ＝8.64＋7.75－6.87－6.004×0.12×10－2 m/s 2＝0.88 m/s 2 (3)实验中本应有(m 0＋m )g ＝Ma ，由于实验中未计入砝码盘的质量m 0，测得的图象与真实图象相比沿F 轴左移m 0g ，图象将不过原点．由图象及上述分析可知，m 0g ＝0.08 N.变式题组5．[动摩擦因数的测量](2013·新课标Ⅰ·22)图12为测量物块与水平桌面之间动摩擦因数的实验装置示意图．实验步骤如下：图12①用天平测量物块和遮光片的总质量M ，重物的质量m ，用游标卡尺测量遮光片的宽度d ，用米尺测量两光电门之间的距离s ；②调整轻滑轮，使细线水平；③让物块从光电门A 的左侧由静止释放，用数字毫秒计分别测出遮光片经过光电门A 和光电门B 所用的时间Δt A 和Δt B ，求出加速度a ；④多次重复步骤③，求a 的平均值a ；⑤根据上述实验数据求出动摩擦因数μ.回答下列问题：(1) 测量d 时，某次游标卡尺(主尺的最小分度为1 mm)的示数如图13所示．其读数为________ cm.图13(2)物块的加速度a 可用d 、s 、Δt A 和Δt B 表示为a ＝________.(3)动摩擦因数μ可用M 、m 、a 和重力加速度g 表示为μ＝________.(4)如果细线没有调整到水平，由此引起的误差属于____________(填“偶然误差”或“系统误差”)． 答案 见解析解析 (1)d ＝0.9 cm ＋12×0.05 mm ＝0.9 cm ＋0.060 cm ＝0.960 cm(2)因为v A ＝d Δt A ，v B ＝d Δt B，又由2as ＝v 2B －v 2A ， 得a ＝12s [(d ΔtB )2－(d Δt A)2] (3)设细线上的拉力为F T ，则mg －F T ＝m a ，F T －μMg ＝M a 两式联立得μ＝mg －(M ＋m )a Mg(4)由实验装置引起的误差为系统误差．6．[实验创新]某实验小组应用如图14所示装置“探究加速度与物体受力的关系”，已知小车的质量为M，砝码及砝码盘的总质量为m，所使用的打点计时器所接的交流电的频率为50 Hz.实验步骤如下：A．按图所示安装好实验装置，其中与定滑轮及弹簧测力计相连的细线竖直；B．调节长木板的倾角，轻推小车后，使小车能沿长木板向下匀速运动；C．挂上砝码盘，接通电源后，再放开小车，打出一条纸带，由纸带求出小车的加速度；D．改变砝码盘中砝码的质量，重复步骤C，求得小车在不同合力作用下的加速度．图14根据以上实验过程，回答以下问题：(1)对于上述实验，下列说法正确的是________．A．小车的加速度与砝码盘的加速度大小相等B．实验过程中砝码盘处于超重状态C．与小车相连的轻绳与长木板一定要平行D．弹簧测力计的读数应为砝码和砝码盘总重力的一半E．砝码和砝码盘的总质量应远小于小车的质量(2)实验中打出的一条纸带如图15所示，由该纸带可求得小车的加速度为________m/s2.(结果保留2位有效数字)图15(3)由本实验得到的数据作出小车的加速度a与弹簧测力计的示数F的关系图象，与本实验相符合的是________．答案(1)C (2)0.16 (3)A解析(1)由实验装置可知当砝码下落的高度为h时，小车沿木板下滑的距离为2h，故加速度不同，即选项A错误；由于砝码盘加速下落，处于失重状态，故选项B错误；如果细绳不与木板平行，则木板方向是由细绳拉力的分力产生加速度，给实验带来误差，所以要求细绳一定沿木板方向，故选项C 正确；对于砝码和砝码盘，由受力分析知mg －2F T ＝ma ，解得F T ＝12(mg －ma )，故选项D 错误；由于本实验利用弹簧测力计可以直接读出细绳的拉力，所以不需要满足砝码和砝码盘的质量远小于小车质量，故选项E 错误．(2)由题意知时间间隔T ＝0.1 s ，根据纸带可知连续相等时间间隔内的位移差为Δx ＝0.001 6 m ，由Δx ＝aT 2可知a ＝Δx T 2＝0.001 60.12 m/s 2＝0.16 m/s 2(3)根据牛顿第二定律可知选项A 正确．。

实验：探究加速度与力、质量的关系本节选自人教版高中物理教材第四章第2节《实验：探究加速度与力、质量的关系》，牛顿第二定律是动力学的核心规律，是本章重点和中心内容，而探究加速度与力和质量的关系是学习下一节的重要铺垫。

教材中实验的基本思路是采用控制变量法。

本实验要测量的物理量有质量、加速度和外力。

测量质量用天平，需要研究的是怎样测量加速度和外力。

（1）测量加速度的方案：①方法1：小车做初速度为0的匀加速直线运动，直接测量小车移动的位移x和发生这段位移所用的时间t，a=2x/t2计算出加速度a。

②方法2：将打点计时器的纸带连在小车上，根据纸带上打出的点来测量加速度。

③方法3：让两个做初速度为0的匀加速直线运动的物体的运动时间t相等，那么由a=2x/t2可知，它们的位移之比就等于加速度之比。

（2）提供并且测量物体所受的外力的方案：由于我们上述测量加速度的方案只能适用于匀变速直线运动，所以我们必须给物体提供一个恒定的外力，并且要测量这个外力。

但测力有一定困难，还需平衡摩擦，教材的参考案例提供的外力比较容易测量。

验中作用力F的含义是物体所受的合力。

那么，如何测小车所受合外力F？合我们通过下面具体实验来说明。

二、实验设计实验设计1：用阻力补偿法探究加速度与力、质量的关系1．实验器材：小车、打点计时器、纸带、一端带滑轮的长木板、细线、砝码、钩码、刻度尺、天平。

2．实验步骤（1）用天平测出小车的质量；（2）按图装好实验器材，平衡摩擦力。

（3）控制小车质量不变，用细线将钩码与小车相连，打开打点计时器，释放小车，测出一组数据。

（4）保持小车上的砝码个数不变，改变钩码质量，并测量得F（钩码质量远小于小车质量），多测几组数据。

注意：只有在钩码质量远小于小车质量时，线的拉力近似等于钩码的重力。

（5）控制钩码质量不变，改变小车质量，再测几组数据填入表中。

（6）分析每条纸带，测量并计算出加速度的值；（7）作a－F关系图象，并由图象确定a－F关系。

高中物理 4.2实验探究加速度与力、质量的关系学案新人教版必修4、2探究加速度与力、质量的关系学习目标一、知识与能力：1、学会通过实验探究物体加速度与力、质量的关系2、在实验中掌握打点计时器的用法3、对自己的实验结果进行归纳分析二、过程与方法：1、根据所学知识及日常经验初步分析a、F、m三个物理量间的关系（定性分析）。

2、采用控制变量的方法，通过实验对a、F、m三个物理量间的数量关系进行定量研究；运用列表法及图象法处理数据；根据实验数据，归纳、推理实验结论（定量分析）。

三、情感态度与价值观：1、通过实验探究激发学生的求知欲和创新精神2、学会与他人合作、交流，具有团队意识和团队精神。

重点1、控制变量法的使用2、如何提出实验方案，并使实验方案合理可行3、实验数据的分析和处理。

难点1、控制变量法的使用2、误差来源分析新课教学一、探究加速度与力、质量的关系控制变量法：1、如何测量小车的质量？2、在思考如何测量物体所受的合外力前我们先思考如何才能给小车提供一个恒定的合外力？3、如何测量计算小车所受的合外力？是不是钩码的重力就是小车所受的合外力呢？4、有没有办法把摩擦力的影响给消除了呢？5、如何平衡摩擦力？6、那如何来测量绳子的拉力呢？二、探究过程（1）加速度与合外力的关系实验数据实验次数aF第一次第二次第三次（2）加速度与质量的关系实验数据实验次数am第一次第二次第三次1/ma0 图4－2－41、图4－2－4为“探究加速度与力、质量的关系”实验中用打点计时器打出的一条较理想的纸带，纸带上A、B、C、D、E、F、G为七个相邻的计数点，相邻计数点间的时间间隔为0、1 s，各计数点间距离如图中所示，单位是cm、小车的加速度为_ ___ m／s2、2、在“探究加速度与力、质量的关系”这一实验aOF(a)aOF(b)第2题图AB中，有两位同学通过测量，分别作出a 一F图象，如图（a）（b）中的A、B线所示；试分析：(1)A线不通过坐标原点的原因是(2)B线不通过坐标原点的原因是。