2019版一轮物理教科版课件：第三章 实验四 探究加速度与力、质量的关系 精品

实验四 探究加速度与力、质量的关系

板块一 主干梳理·夯实基础

实验原理与操作

◆ 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。

◆ 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，讨论加速度a与力F的关系，再控制砝码和小盘的质量不变，即力F不变，改变小车质量M，讨论加速度a与M的关系。

◆ 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、砝码、夹子、细绳、低压交流电源、导线、天平(带有一套砝码)、刻度尺。

◆ 实验步骤

1．称量质量——用天平测量小盘的质量m0和小车的质量M0。

2．装器材——按照如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，反复移动薄木块的位置，直至小车在斜面上运动时可以保持匀速运动状态。

4．让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，即为小车所受的合外力，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1中。

5．改变小盘内砝码的个数，重复步骤4，并多做几次。

6．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2中。

7．改变小车上砝码的个数，重复步骤6，并多做几次。

表1

实验次数 加速度a/(m·s－2) 小车受力F/N

1

2

3

4

表2

实验次数 加速度a/(m·s－2) 小车和砝码的总质量M/kg

1

2

3

4

数据处理与分析

◆ 数据处理

1．计算加速度——先在纸带上标明计数点，测量各计数点间的距离，根据逐差法计算各条纸带对应的加速度。

高中物理一轮复习学案 第三章牛顿运动定律

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，确定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)用天平测出小车和盛有砝码的小盘的质量m和m′，把数据记录在表格中．

(2)把实验器材安装好，平衡摩擦力．

(3)在小盘里放入适量的砝码，把砝码和小盘的质量m′记录在表格中．

(4)保持小车的质量不变，改变砝码的质量，按上面步骤再做5次实验．

(5)算出每条纸带对应的加速度的值并记录在表格中．

(6)用纵坐标表示加速度a，横坐标表示合外力，即砝码和小盘的总重力m′g，根据实验数据在坐标平面上描出相应的点，作图线．

(7)用纵坐标表示加速度a，横坐标表示小车质量的倒数，在坐标系中根据实验数据高中物理一轮复习学案 第三章牛顿运动定律

描出相应的点并作图线．

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，让小车拉着打点的纸带匀速运动．

(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，再释放小车，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．

实验 探究加速度与力 质量的关系

［要点导学］

1．实验目的：探究加速度与外力、质量三者的关系。这个探究目的是在以下两个定性研究的基础上建立起来的。

（1）小汽车和载重汽车的速度变化量相同时，小汽车用的时间短，说明加速度的大小与物体的质量有关。

（2）竞赛用的小汽车与普通小轿车质量相仿，但竞赛用的小车能获得巨大的牵引力，所以速度的变化比普通小轿车快，说明加速度的大小与外力有关。

2．实验思路：本实验的基本思路是采用控制变量法。

（1）保持物体的质量不变，测量物体在不同外力作用下的加速度，探究加速度与外力的关系。探究的方法采用根据实验数据绘制图象的方法，也可以彩比较的方法，看不同的外力与由此外力产生的加速度的比值有何关系。

（2）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，探究加速度与力的关系。探究的方法采用根据实验数据绘制图象的方法。

3．实验方案：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：采用较多的方案是使用打点计时器，根据连续相等的时间T内的位移之差Δx=aT2求出加速度。条件许可也可以采用气垫导轨和光电门。

教材的参考案例效果也比较好。

（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。教材的参考案例提供的外力比较容易测量，采用这种方法是不错的选择。

4． 对实验结果的分析是本实验的关键。如果根据实验数据描出的a-F图象和a-1/m图象都非常接近一条通过原点的直线，也只能说我们的实验结果是“在质量不变的条件下，加速度与外力成正比；在外力不变的条件下，加速度与质量成反比。”这一结果决不能说找出了定律，一个定律的发现不可能是几次实验就能得出的。

［范例精析］

例1 在图4-2-1中，一个乒乓球向运动员飞来，运动员可以用球拍突然改变乒乓球的速度大小和方向。如果换一个排球向运动员飞来，运动员仍然用球拍击球，其结果与击乒乓球有何不同？简述理由。

高中物理 探究加速度与力、质量的关系——变形实验透析

一、考点突破

考点 课程目标 备注

探究加速度与力、质量的关系——变形实验透析 熟练掌握实验的误差来源及减小误差的方法，并以此为出发点，进行实验的改进 力学实验的重点，从实验原理和误差来源角度命题，高频考点

二、重难点提示

重点：理解实验原理及减小误差的方法。

难点：理解变形实验的原理。

实验拓展的总体思路：

一、由于本实验中拉力小于砝码和砝码盘的重力，而实验中记录的砝码和砝码盘的重力，用来替代小车所受合外力，导致原理上出现误差，所以从出现误差的原因角度，改进实验具体思路如下：

1.在小车前端安装拉力传感器，直接得到拉力。

2.改进实验装置，用弹簧测力计直接读出拉力。如下图，拉力即为小车所受合外力，所以不需要m<

3.改进装置及原理消除系统误差（如下图）

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。取下细绳和砝码盘，记下砝码盘中砝码的质量m，则mg即为小车所受合外力，不需要m<

4.转换研究对象法：保证小车、砂和砂桶的总质量不变（如下图）

从固定在小车上的盒子中取出一些砂子，装入砂桶中，称量并记录砂桶的总重力mg，小车及砂子的总重力M，此实验可保证M＋m为定值，即可认为系统所受合外力为mg。

注意：实验原理的改进需要理解误差产生的原因，利用所学规律去拓展、研究。

例题1用如图所示的实验装置可以探究加速度与力、质量的关系，小车上固定一个盒子（图中未画出），盒子内盛有砂子，小车的总质量（包括车、盒子及盒内砂子）记为M，砂桶的总质量（包括桶以及桶内砂子）记为m。

（1）验证“在质量不变的情况下，加速度与合外力成正比”。从盒子中取出一些砂子，装入砂桶中，称量并记录砂桶的总重力mg，将该力视为合外力F，对应的加速度a，则从打点纸带中计算得到。多次改变合外力F的大小，每次都会得到一个相应的加速度。以合外力F为横轴、加速度a为纵轴画出a-F图象，图象是一条过原点的直线。