对探究加速度与力、质量的关系中两个图像的讨论
人教版必修一《实验：探究加速度与力、质量的关系》这一节涉及加速度、合外力和质量三个物理量，应使用控制变量法研究。探究加速度与合外力的关系时，保持物体的质量不变；探究加速度与质量的关系时，保持物体所受的合外力不变。为了直观地研究这两个关系，可以运用图像法。加速度与力成正比例关系，作出的图像是过原点的一条直线。加速度与质量成反比例关系，作出的图像是双曲线的一支，双曲线是不好辨识的。因而作加速度与质量倒数的关系图像，将反比例关系转换为正比例关系。一种常见的实验方案如图1所示。这种实验方案存在系统误差，两个图像都会出现偏离直线的现象。这两个图像是重要的考点，很多题目中都出现相关问题。学生对两个图像的理解也有一定困难。下面对这两个图像分别进行讨论。
一、加速度与力的图像
研究对象是小车，小车的加速度通过打点计时器所打的纸带求出，小车所受的力为细线的拉力。摩擦阻力对这个实验有影响，应该将长木板安装打点计时器的一端垫高成为斜面，利用重力沿着斜面的分力将摩擦阻力平衡掉。如果摩擦阻力被完全平衡掉了，小车所受的合力就等于细线的拉力。细线中的拉力是无法测量的，所以实验操作时把所悬挂钩码的重力当做小车所受的合力。而小车在做加速运动时，钩码的重力并不等于细线的拉力。假设不考虑摩擦阻力，对小车和钩码分别受力分析，应用牛顿第二定律得：
根据②式可得F小车所受拉力F是小于钩码的重力mg的，只有m？垲M时，才可以认为F≈mg。把①式中的mg换成合外力F，得到，作加速度a与合外力F的关系图像时，斜率k=，因为通过不断添加钩码改变细线中的拉力和小车的加速度，钩码的质量m不断增大，斜率k就会不断减小，作出的图像就会向下弯曲，如图2所示。刚开始实验时，所挂钩码的质量比较小，满足m？垲M，斜率的变化不明显，图线基本是一条直线。后来钩码挂得多了，钩码的质量偏大了就不满足m？垲M这个条件了，斜率的变化就比较明显了，图线就出现了一定的弯曲。这种现象的出现是由实验方案的系统误差造成的，所以教材在下方的页注中明确提出“盘和桶的质量要比小车的质量小得多”。
实验四 探究加速度与物体受力、物体质量的关系
一、实验原理
本实验的实验装置图如图所示：
1．保持质量不变，探究加速度跟物体受力的关系。
2．保持物体所受的力不变，探究加速度与物体质量的关系。
3．作出a－F图象和a－1m 图象，确定其关系。
二、实验步骤
1．测量：用天平测量小盘和砝码的总质量m′及小车的质量m。
2．安装：按照实验装置图把实验器材安装好，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：在长木板不带定滑轮的一端下面垫上一薄木块，使小车在不放砝码和小盘的情况下能匀速下滑。
4．实验操作
(1)将小盘通过细绳绕过定滑轮系于小车上，小车停在打点计时器处，先接通电源，后放开小车 ，打出一条纸带，取下纸带编号。并计算出小盘和砝码的总重力，即小车所受的合外力。
(2)保持小车的质量m不变，改变砝码和小盘的总质量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图象。
(5)保持砝码和小盘的总质量m′不变，改变小车质量m，重复步骤(1)和(3)，作a－1m图象。
三、数据处理 1．计算小车的加速度时，可使用“研究匀变速直线运动”的方法。利用打出的纸带，采用逐差法求加速度。
2．作a－F图象、a－1m图象找关系。
四、注意事项
1．在平衡摩擦力时，不要把悬挂小盘的细绳系在小车上，即不要给小车加任何牵引力，要让小车拖着纸带运动。
2．实验步骤2、3不需要重复，即整个实验平衡了摩擦力后，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。
3．每条纸带必须在满足小车与小车上所加砝码的总质量远大于小盘和砝码的总质量的条件下打出。只有如此，小盘和砝码的总重力才可视为小车受到的拉力。
4．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，再放开小车，且应在小车到达滑轮前按住小车。
word版 高中物理
1 / 14 第2节 实验：探究加速度与力、质量的关系
【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．
【实验原理】
1．加速度是表示物体运动状态变化快慢的物理量．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，测量物体在不同的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．
【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．
【实验步骤】
1．测质量
用天平测量小盘的质量m0和小车的质量M0．
2．安仪器
按图将实验器材安装好(小车上不系绳)．
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砝码的情况下，能沿木板做匀速直线运动(直到打点计时器打出的纸带上相邻点的间距相等)．
4．测a、F
把小车停在打点计时器处，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，并把小盘和砝码的重力和对应的加速度记录在表格中．
5．再重复
改变小盘内砝码的个数，重复步骤4，并多做几次实验．
6．测a、M
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，让小车在木板上运动打出纸带．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．
4.2 实验:探究加速度与力、质量的关系
〖详细教材分析〗
牛顿第一定律告诉我们力是产生加速度的原因。而运动状态的改变难易又与其自身的质量有关,因此本节探究加速度与力、质量的关系。由于是探究他们的比例关系,在数据处理这里学生会存在很大的困难,所以教师要充分的讲解数据处理的一般原则。实验操作上,使用打点计数器还是比较简单的,就是测量他所受的合力上会有些不理解,平时都是在书本上进行受力分析求合力,现在是真正的实物,所以教师要做好充分的演示讲解和平衡摩擦力等。
〖教学目标与核心素养〗
物理观念:理解实验思路的合理性,以及用图象处理实验数据的有效性。
科学思维:经历实验的操作和测量过程,以及通过图象处理实验数据的过程,体验如何平衡摩擦阻力、减少系统误差的操作方法。
科学探究:体通过探究实验,培养实事求是、尊重客观规律的科学态度。
科学态度与责任:通过探究激发学生的求知欲和创新精神。
〖教学重点与难点〗
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、实验数据的分析与处理。
难点:1、如何提出实验方案并使实验方案合理可行。
2、实验数据的分析与处理。 〖教学方法〗
教师启发引导与探究法相结合,并辅以问题法、演示法、归纳法等。
〖教学准备〗
小车、打点计时器、电源、纸带、复写纸、一端带有滑轮的长木板、砝码盘、托盘天平、砝码、架子、刻度尺、多媒体课件等。
〖教学过程〗
一、新课引入 由牛顿第一定律,我们知道力是产生加速度的原因,惯性只与质量有关,质量越大惯性越难改变。这分别是加速度与力的关系和加速度与质量的关系。
这说明,加速度与力、质量之间必然存在一定的关系。下面我们来探究加速度与力、质量之间的定量关系。
教学设计说明:直接应用课本的问题情景导入,有图有真相。
二、新课教学
（一）实验思路
问题提出
1、你认为应该如何完成这个探究实验?
2、比如,研究什么物体?
3、如何测量该物体受到的力?
