人教版高一物理必修1：4-2《实验：探究加速度与力、质量的关系》导学案(含答案)
高中物理4.2实验探索加速度与力、质量的关系导学案新人教版必修1
第四章牛顿运动定律第二节实验——探索加速度与力、质量的关系【学习目标】1.了解实验过程，体验科学研究的方法；了解控制变量法研究物理规律。
2．掌握利用图象处理实验数据的方法。
【重点难点】1、控制变量法探究物理规律。
2、实验设计与实验数据分析处理方法。
预习案【自主学习】1、本节通过实验要探究哪三个量的关系？通过什么方法设计实验？2、怎样测量（或比较）物体的加速度3、怎样提供和测量物体所受的恒力4、怎样进行数据处理？5、实验中平衡摩擦力的目的和方法是什么？【学始于疑】（请将预习中不能解决的问题记录下来，供课堂解决。
）探究案【合作探究】探究加速度与力、质量的关系：1．用天平测出小车和小盘(包括其中砝码)的质量分别为M0、m0，并把数值记录下来．2．如图将实验器材安装好(小车上不系绳)．3．把木板无滑轮的一端下面垫一薄木板，平4．将重物通过细绳系在小车上，接通电源放开小车，用纸带记录小车的运动情况；取下纸带并在纸带上标上号码及此时所挂重物的重力m o g．5．保持小车的质量不变，改变小盘(包括其中砝码)的质量，重复步骤4多做几次实验，每次小车从同一位置释放，并记录好相应纸带重物的重力m1g、m2 g…表1：M不变，加速度a与受力的关系6．保持小车所受的合外力不变，在小车上加砝码，并测出小车和放上砝码后的总质量M1，接通电源放开小车，用纸带记录小车的运动情况，取下纸带并在纸带上标上号码．7．继续在小车上加放砝码，重复步骤6，多做几次实验，在每次得到的纸带上标上号码．表2：F不变，加速度与质量的关系8．利用以上两表中的数据，分别在坐标系中作出M不变时，a一F图象和F不变时，a 一M图象．实验注意事项对于教材提供的实验“参考案例”，操作时应注意以下几点：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。
人教版高中物理必修一4.2 实验：探究加速度与力、质量的关系导学案(二)
第四章运动和力的关系4.2 实验:探究加速度与力、质量的关系1、学会用控制变量法研究物理规律，2、学会怎样由试验结果得出结论，3、探究加速度与力、质量的关系对照给出的实验视图完成下列问题1．描述物体运动状态的物理量是？什么情况下说明物体的运动状态变了？你怎么理解加速度？2．根据自己经验，物体加速度的大小跟哪些因素有关？可能有什么关系？我们用什么方法来探究加速度跟这些物理量的关系？3．实验时我们需要测量哪些物理量，怎么测量？测量的数据怎么处理？为什么？4．小车运动过程中要受到木板给它的摩擦力，怎样平衡这个摩擦力？又怎样去验证摩擦力被完全平衡了？在探究加速度与力、质量的关系的实验中平衡了摩擦力后，改变重物的质量，或者是改变小车的质量，是否还需要重新平衡摩擦力呢?5．实验结论：物体的加速度与物体的成反比，与物体成正比。
一、实验目的探究加速度与力、质量的关系：当质量一定是，加速度与力成；当作用力一定是，加速度与质量成。
二、实验原理1、采用控制变量法：当研究对象有两个以上的参量发生牵连变化时，我们设法控制某些参量使之不变化，而研究其中的变化的方法。
本试验有F m a三个参量，研究加速度与力、质量的关系时，我们先控制一个变量。
即当力不变时，加速度与的关系；当质量不变时，加速度与的关系。
2、要测量的物理量有：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，细绳，导线，天平， ， 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，先接通电源在放开小车，取下纸带并标上号码。
5、保持质量不变，做上述试验，把力对应的纸带标好。
6、保持力不变，做上述试验，将质量对应的纸带标好。
7、计算出加速度，作出加速度与力的图像及加速度与质量得到数的图像。
新教材高中物理第四章实验：探究加速度与力质量的关系导学案新人教版必修第一册(含答案)
新教材高中物理导学案新人教版必修第一册：2．实验：探究加速度与力、质量的关系一、实验思路 1．实验装置将小车置于________上，通过滑轮与________相连．小车可以在槽码的牵引下运动． 2．实验思路控制变量法 (1)加速度与力的关系保持小车质量不变拉力与槽码所受的重力近似相等→ 测得不同拉力下小车运动的加速度 分析→ 加速度与拉力的变化情况 找出→ 二者之间的定量关系．(2)加速度与质量的关系保持小车所受的________ 改变小车的质量→ 测得不同________的小车在这个拉力下运动的加速度 分析 → 加速度与________的变化情况 找出→ 二者之间的定量关系．二、物理量的测量1．质量的测量：用________测量．为了改变小车的质量，可以在小车中增减________的数量．2．加速度的测量(1)方法1：让小车做初速度为0的匀加速直线运动，用刻度尺测量小车的位移x ，并用秒表测量发生这段位移所用的时间t ，然后由a ＝________计算出加速度a .(2)方法2：由纸带根据公式Δx ＝aT 2，结合逐差法计算出小车的加速度．(3)方法3：不直接测量加速度，可测不同情况下物体加速度________，例如：让两个做初速度为0的匀加速直线运动的物体运动时间t 相等，测出各自的位移x 1、x 2，则a1a 2＝________，把加速度的测量转换成位移的测量．3．力的测量平衡小车受到的阻力后，小车受到的拉力________小车所受的合力，在槽码的质量比小车的质量________时，可认为小车所受的拉力近似等于槽码所受的________．三、进行实验1．调试实验装置进行实验．2．加速度与力的关系：设计表格，把测得的同一个小车在不同拉力F作用下的加速度a填在表1中．表1：小车质量一定3.加速度与质量的关系：设计表格，把测得的不同质量的小车在相同拉力作用下的加速度a填在表2中．表2四、数据分析1.加速度与力的关系(小车质量不变)以a为纵坐标、F为横坐标建立直角坐标系，根据表1中记录的数据作aF图像(如图所示)，找出规律，分析加速度a与拉力F的关系．2．加速度与质量的关系(拉力F不变)为横坐标建立直角坐标系，根据表2中记录的数据作am图分别以a为纵坐标、m和1m像和a1图像(如图所示)，分析加速度a与质量m的关系．m“化曲为直”的思想五、注意事项(1)平衡摩擦力时不要挂槽码，平衡摩擦力后，改变小车上所加重物的质量时不需要重新平衡摩擦力．(2)实验时要先接通电源，后释放小车．目的是打更多的点(3)实验中必须满足小车和小车上所加重物的总质量远大于槽码的质量．(4)每次实验开始时，小车应尽量靠近打点计时器，且在小车到达滑轮前应按住小车．以免损坏仪器(5)作图像时，要使尽可能多的点落在所作直线上，不在直线上的点应尽可能对称分布在所作直线的两侧，离直线较远的点应该舍去不予考虑．目的是消除偶然误差控制变量法控制变量法是指在研究和解决问题的过程中，对影响事物变化规律的独立因素加以人为控制，使其中只有一个因素按照特定的要求发生变化，而其他因素保持不变，以利于寻找事物发展变化的规律的方法．1 测量加速度转换成测位移2 细绳的拉力等于槽码的重力吗？什么情况下细绳的拉力即小车所受的合外力可以近似等于槽码的重力？不等于，因为槽码向下加速运动，所以细绳的拉力小于槽码的重力．当槽码的质量远小于小车的质量时，细绳的拉力近似等于槽码的重力，即小车受到的合外力近似等于槽码的重力，故实验中必须满足小车和砝码的总质量远大于槽码的质量．3 平衡摩擦力(1)为何平衡摩擦力？为了让细绳拉小车的力等于小车所受的合外力，即T＝F合．(2)如何平衡摩擦力？不挂槽码时，将长木板倾斜一定角度θ，让小车所受的滑动摩擦力与重力沿长木板方向的分力平衡，即Mg sin θ＝μMg cos θ.4 描绘a 1M 图像而不是描绘a M 图像的原因在探究拉力不变，物体的加速度跟物体质量的关系时，凭几组数据难以直接得出结论．由于图像很直观，因此，我们可以借助图像寻求加速度与质量的关系．若以a 为纵坐标，M 为横坐标，描出的图线是一条曲线，如图所示，此时难以判断它们之间是不是反比例关系．“a 与M 成反比”就是“a 与1M成正比”，如图，以1M为横坐标、a 为纵坐标建立坐标系，根据a 1M的图像是不是过原点的直线，就能判断加速度a 是不是与质量M 成反比．目标一 实验过程与操作【归纳】1．本实验用到的物理方法2.两个重要条件： (1)平衡摩擦力； (2)m ≪M .3．平衡摩擦力应注意以下几点 (1)不挂槽码．(2)垫高长木板远离滑轮的一端．(3)连好纸带后接通打点计时器，调节倾角，当纸带上打出的点迹均匀分布时，说明已经平衡了摩擦力．【典例】例 1 在研究作用力F 一定时，小车的加速度a 与小车(含砝码)质量M 的关系的实验中，某同学安装的实验装置和设计的实验步骤如下：A．用天平称出小车和槽码的质量B．按图示安装好实验器材C．把细绳系在小车上并绕过定滑轮悬挂槽码D．将电磁打点计时器接在6 V电压的蓄电池上，接通电源，释放小车，打点计时器在纸带上打下一系列点，并在纸带上标明小车质量E．保持槽码的质量不变，增加小车上的砝码个数，并记录每次增加后的M值，重复上述实验F．分析每条纸带，测量并计算出加速度的值G．作a M关系图像，并由图像确定a与M的关系(1)请改正实验装置图中的错误．①电磁打点计时器位置_______________________________________________；②小车位置_________________________________________________；③滑轮位置______________________________________________________．(2)该同学漏掉的重要实验步骤是________，该步骤应排在步骤________之后．(3)在上述步骤中，有错误的是步骤________，应把________改为________．(4)在上述步骤中，处理不恰当的是步骤________，应把________改为________．例 2 在探究加速度与力、质量的关系活动中，某小组设计了如图所示的实验装置．图中上下两层水平轨道表面光滑，两小车前端系上细线，细线跨过滑轮并挂上砝码盘，两小车尾部细线连到控制装置上，实验时通过控制装置使两小车同时开始运动，然后同时停止．(1)在安装实验装置时，应调整滑轮的高度，使____________________；在实验时，为减小系统误差，应使砝码盘和砝码的总质量________(选填“远大于”“远小于”或“等于”)小车的质量．(2)本实验通过比较两小车的位移来比较小车加速度的大小，能这样比较，是因为________________________________________________．目标二数据处理和误差分析【归纳】a F、a 1图线可能出现的情况及对应原因M(1)若平衡阻力时，木板垫起的倾角过小，则a F、a 1图像分别如甲图①、乙图②所M示．图像分别如甲图③、乙图④所(2)若平衡阻力时，木板垫起的倾角过大，则a F、a 1M示．【典例】例 3 在探究加速度与力、质量的关系实验中，采用如图甲所示的装置．(1)本实验应用的实验方法是________．A．控制变量法B．假设法C．理想实验法(2)下列说法中正确的是________．A．在探究加速度与质量的关系时，应改变小车所受拉力的大小B．在探究加速度与外力的关系时，应改变小车的质量图像，容易判断二者间的关系C．在探究加速度a与质量m的关系时，作出a1mD．无论在什么条件下，细线对小车的拉力大小总等于槽码的重力大小(3)如图乙所示为某同学在探究加速度a与力F的关系时，根据测量数据作出的aF图像，说明实验存在的问题是________________．例 4 某组同学设计了“探究加速度a与物体所受合力F及质量m的关系”实验．如图甲为实验装置简图，A为小车，B为电火花计时器，C为槽码，D为一端带有定滑轮的长木板，实验中认为细绳对小车拉力F等于槽码的总重力，小车运动的加速度a可用纸带上打出的点求得．(1)某次实验时，测得小车和小车上的槽码总质量为800 g，则槽码的总质量较为合理的是( )A．50 g B．500 gC．5 kg D．50 kg(2)如图乙为某次实验得到的纸带，已知实验所用电源的频率为50 Hz.根据纸带可求出电火花计时器打B点时的速度为________m/s，小车的加速度大小为________m/s2.(结果均保留两位小数)(3)在“探究加速度a与质量m的关系”时，某同学按照自己的方案将实验数据都在坐标系中进行了标注，但尚未完成图像(如图丙所示)．请继续帮助该同学作出坐标系中的图像．(4)在“探究加速度a与合力F的关系”时，该同学根据实验数据作出了加速度a与合力F的图线如图丁所示，图线不通过坐标原点的原因是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________.目标三实验创新【归纳】1．【典例】例 5 如图所示是某同学探究加速度与力的关系的实验装置．他在气垫导轨上安装了一个光电门B，滑块上固定一遮光条，滑块用细线绕过气垫导轨左端的定滑轮与力传感器相连，力传感器下方悬挂槽码，每次滑块都从A处由静止释放．(1)该同学用游标卡尺测量遮光条的宽度d.(2)实验时，将滑块从A位置由静止释放，由数字计时器读出遮光条通过光电门B的时间t，若要得到滑块的加速度，还需要测量的物理量是__________________________(用文字表述)．滑块通过光电门的速度为________(用已知量表示)．(3)下列实验操作和要求必要的是________(请填写选项前对应的字母)．A．应将气垫导轨调节水平B．应测出槽码和力传感器的总质量C．应使A位置与光电门B间的距离适当大些D．应使滑块质量远大于槽码和力传感器的总质量例 6 在探究加速度与力、质量关系的实验中，某同学设计了如图甲所示的实验装置．力传感器可测出轻绳中的拉力大小．(1)实验中为探究加速度与力的关系，一定要进行的操作是________．A．为减小误差，实验中一定要保证砂和砂桶的质量远小于小车的质量B．用天平测出砂和砂桶的质量C．将带滑轮的长木板右端垫高，以平衡小车受到的阻力D．小车靠近打点计时器，先接通电源，再释放小车，打出一条纸带，同时记录力传感器的示数(2)在正确操作的前提下，该同学在实验中得到如图乙所示的一条纸带(两计数点间还有四个点没有画出)．已知打点计时器采用的是频率为50 Hz的交流电，根据该纸带，可求打计数点2时小车的速度大小v2＝______ m/s，小车的加速度为______m/s2(结果保留三位有效数字)．1.如图所示是“探究加速度与力、质量的关系”实验装置：(1)如图是实验时平衡摩擦力的情形，其中正确的是________(选填字母)．(2)关于本实验，下列做法正确的是________．A．在用打点计时器打纸带时，应该先放开小车，再接通打点计时器的电源B．在探究加速度与质量的关系时，应该改变拉力F的大小图像C．在探究加速度与质量的关系时，为了直观判断两者间的关系，应作出a－1m D．在探究加速度与力的关系时，作a－F图像应该用折线将所描的点依次连接2．在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中，渗透了研究问题的多种科学方法：(1)实验环境的等效法：_______________________________________________________；(2)实验条件设计的科学方法：_________________________________________________；(3)实验原理的简化：_________________________________________________________，即当小车质量M车≫m槽码时，细绳对小车的拉力大小近似等于槽码的重力m槽码g；(4)实验数据处理的科学方法：________________________________________________________________________________________________________________________；(5)由a M车图像转化为a 1图像，所用的科学方法：______________．M车(以上各题均选填“理想实验法”“图像法”“平衡摩擦力法”“化曲为直法”“控制变量法”或“近似法”)3．某同学“探究加速度与物体所受合力的关系”的实验装置如图所示，图中A是质量为m1的小车，连接在小车后面的纸带穿过打点计时器B，它们均置于水平放置的一端带有定滑轮的固定长木板上，P(砂桶和砂)的质量为m2，C为弹簧测力计，实验时改变P的质量，读出弹簧测力计的示数F，不计轻绳与滑轮、滑轮与轮轴的摩擦和滑轮的质量．(1)为了减小实验误差，下列做法正确的是________．A.先释放小车，后接通打点计时器的电源B．该实验拉小车的轻绳不需要与木板平行C．该实验砂桶和砂的总质量不需要远小于小车的质量D．滑轮摩擦要足够小，绳的质量要足够小(2)如图是实验过程中得到的一条纸带，O、A、B、C、D为选取的计数点，相邻的两个计数点之间还有四个点没有画出，各计数点到O点的距离分别为：8.00 cm、17.99 cm、30.00 cm、44.01 cm，若打点计时器的打点频率为50 Hz，则由该纸带可知小车的加速度大小为________m/s2(结果保留三位有效数字)．(3)实验时，某同学由于疏忽，遗漏了平衡摩擦力这一步骤，他测量得到的a F图像可能是下列选项中的________．4．某实验小组用如图甲所示的实验装置探究加速度与力、质量的关系，重物通过滑轮用细线拉着小车，在小车和重物之间接一个不计质量的微型力传感器，位移传感器(发射器)随小车一起沿水平轨道运动，位移传感器(接收器)固定在轨道一端，实验中力传感器的拉力为F，保持小车[包括位移传感器(发射器)]的质量不变，改变重物重力重复实验若干次，得到加速度与外力的关系．(1)关于实验操作，下列说法正确的是________(填序号)．A．实验前应调节滑轮高度，使滑轮和小车间的细线与木板平行B．平衡摩擦力时，在细线的下端悬挂钩码，使小车在线的拉力作用下能匀速下滑C．每次改变小车所受的拉力后都要重新平衡摩擦力D．实验应满足重物的质量远小于小车的质量(2)同学甲根据某次实验位移传感器的实验数据作出小车运动的xt2图像如图乙所示，根据图像可知小车运动的加速度大小为________m；比较发现此加速度小于力传感器拉力Fs2与小车(包括位移传感器(发射器)的质量的比值)，原因可能是________________________________________________________________________．2．实验：探究加速度与力、质量的关系导学 掌握必备知识一、1．水平木板 槽码2．(2)拉力不变 质量 质量二、1．天平 砝码2．(1)2x t 2 (3)之比 x 1x 23．等于 小得多 重力共研 突破关键能力目标一[例1] 解析：(1)①电磁打点计时器应固定在长木板无滑轮的一端，且应靠近右端；②释放小车时，小车应靠近打点计时器；③连接小车的细绳应平行于木板，故应调节滑轮位置使细绳平行于木板．(2)实验时应平衡小车受到的阻力，使小车所受重力沿木板方向的分力与小车所受阻力平衡，故应垫高长木板右端以平衡小车受到的阻力．实验中把槽码的重力看成与小车所受拉力大小相等，没有考虑阻力，故必须平衡小车受到的阻力且应排在步骤B 之后．(3)步骤D 中电磁打点计时器接在6 V 电压的蓄电池上将无法工作，必须接在8 V 的交流电源上．(4)步骤G 中作a M 关系图像，得到的是曲线，很难进行正确的判断，必须“化曲为直”，改作a 1M 关系图像． 答案：(1)①应靠右端 ②应靠近打点计时器 ③应使细绳平行于木板 (2)平衡小车受到的阻力 B (3)D 6 V 电压的蓄电池 8 V 的交流电源 (4)G 作a M 关系图像 作a 1M 关系图像[例2] 解析：(1)拉小车的细线要与轨道平行，只有在砝码盘和砝码的总质量远小于小车质量时，才能认为砝码盘和砝码的总重力等于细线拉小车的力．(2)对初速度为零的匀加速直线运动，运动时间相同时，根据x ＝12at 2，得a 1a 2＝x1x 2，所以能用位移来比较加速度大小． 答案：(1)细线与轨道平行(或水平) 远小于(2)两小车从静止开始做匀加速直线运动，且两小车的运动时间相等目标二[例3] 解析：(1)要研究三个量之间的关系，首先保持一个量不变，探究另外两个量的关系，此为控制变量法，选项A 正确．(2)外力一定时，加速度a 与质量m 成反比，a m图像是一条曲线，不容易确定两者的关系，而a1m图像是一条直线，便于判断，选项C正确．(3)图像与横轴的截距大于0，即拉力F≤F0 (F≠0)时，加速度等于0，说明小车所受拉力之外的其他力的合力不为0，即没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不足．答案：(1)A (2)C (3)没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不足[例4] 解析：(1)为了使细绳对小车拉力F等于槽码的总重力，则需要满足小车和小车上的槽码总质量远远大于槽码的质量，若小车和小车上的槽码总质量为800 g，则槽码的质量较为合理的是50 g，故A正确，B、C、D错误．(2)AC这段位移的平均速度等于AC这段时间中间时刻的瞬时速度，即B点的瞬时速度，故v B＝AB+BC4T＝1.63 m/s.由逐差法求解小车的加速度，a＝(CD+DE)−(AB+BC)4×(2T)2＝1.72 m/s2.(3)根据描点法作出图像，如图所示(4)图线不通过坐标原点，F不为零时，加速度仍为零，知实验前没有平衡摩擦力或者平衡摩擦力不够．答案：(1)A (2)1.63 1.72 (3)见解析图(4)没有平衡摩擦力或者平衡摩擦力不够目标三[例5] 解析：(3)A对：实验前应将气垫导轨调节水平．B错：滑块受到的拉力可以由力传感器测出，实验不需要测出槽码和力传感器的总质量．C对：为减小实验误差，应使A 位置与光电门B间的距离适当大些．D错：滑块受到的拉力可以由力传感器测出，不需要使滑块质量远大于槽码和力传感器的总质量．答案：(2)遮光条在A处时与光电门B的水平距离dt(3)AC[例6] 解析：(1)本题拉力可以由力传感器测出，不需要用天平测出砂和砂桶的质量，也就不需要使小桶(包括砂)的质量远小于车的总质量，故A、B项错误；该题是力传感器测出的拉力，表示小车受到的合外力，故需要将带滑轮的长木板右端垫高，以平衡小车受到的阻力，故C项正确；小车靠近打点计时器，先接通电源，再释放小车，打出一条纸带，同时记录力传感器的示数，故D项正确．(2)两计数点间还有4个点没有画出，故相邻计数点间时间间隔T＝0.1 s，打计数点2时小车的速度大小v2＝x132T ＝3.09+5.120.2×10－2m/s≈0.411 m/s根据逐差法可知，小车的加速度为a＝x6+x5+x4−(x3+x2+x1)9T2＝7.10+9.13+11.09−(1.10+3.09+5.12)9×(0.1)2×10－2 m/s 2 ≈2.00 m/s 2答案：(1)CD (2)0.411 2.00精练 落实学科素养1．解析：(1)平衡摩擦力时，小车要在无拉力的情况下进行，不需要挂槽码，让小车拖着纸带匀速下滑，故选项B 最恰当．(2)A 错：使用打点计时器时应先接通电源再释放小车．B 错：本实验采用了控制变量法，加速度与质量、外力有关系，所以改变一个自变量时，应使另一个自变量不变．C 对：若直接作出a m 图像，则一定是曲线，不易确定曲线的函数关系，所以应尝试作出a 1m 图像．D 错：要用平滑的线连接所描出的点．答案：(1)B (2)C2．解析：(1)由于小车运动受到摩擦阻力，所以要进行平衡摩擦力，以减小实验误差，称为平衡摩擦力法；(2)在探究加速度、力与质量三者关系时，先保持其中一个量不变，来探究其他两个量之间的关系，称为控制变量法；(3)当小车质量M 车≫m 槽码时，细绳对小车的拉力大小近似等于槽码的重力m 槽码g ，称为近似法；(4)通过图像研究实验的结果，称为图像法；(5)在作图时，由a M 车图像转化为a 1M 车图像，使图线由曲线转化为直线，称为化曲为直法．答案：(1)平衡摩擦力法 (2)控制变量法(3)近似法(4)图像法 (5)化曲为直法3．解析：(1)A 错：实验时应先接通打点计时器的电源再放开小车，使纸带上打出足够多的点．B 错：为保证小车所受合力恰好是轻绳的拉力，轻绳必须与木板平行．C 、D 对：本实验中弹簧测力计的示数即为轻绳的拉力，不需要用砂和砂桶的总重力代替轻绳拉力，所以不需要保证砂和砂桶的总质量远小于小车的质量，但滑轮摩擦和轻绳的重力会影响示数，所以滑轮摩擦要足够小、绳的质量要足够小．(2)由题意知两计数点间的时间间隔为0.1 s ，根据Δx ＝aT 2可得加速度a ＝x BD −x OB4T 2＝(44.01−17.99−17.99)×10−24×0.12m/s 2≈2.01 m/s 2.(3)遗漏了平衡摩擦力这一步骤，由于摩擦力的影响，当拉力为一较小值时，加速度仍为0，故选B.答案：(1)CD (2)2.01 (3)B4．解析：(1)实验前应调节滑轮高度，使滑轮和小车间的细线与木板平行，故A 正确．平衡摩擦力时，不用悬挂钩码，故B 错误．每次改变小车所受的拉力后不需要重新平衡摩擦力，故C 错误．力传感器可以直接得到拉力的大小，所以重物的质量没有必要远小于小车的质量，故D 错误．(2)根据x ＝12at 2可知在x t 2图像中斜率表示12a ，12a ＝1.0−0.50.25m s 2＝2.0 m/s 2，解得a ＝4.0 m/s 2.此加速度小于力传感器拉力F 与小车(包括位移传感器、发射器)的质量的比值，原因可能是没有平衡摩擦力或者平衡摩擦力不够．答案：(1)A (2)4.0 没有平衡摩擦力或者平衡摩擦力不够。
[精品]新人教版必修一高中物理第四章第二节实验：探究加速度与力、质量的关系导学案
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2 实验：探究加速度与力、质量的关系课堂合作探究问题导一、加速度与力的关系活动与探究1根据如图所示实验装置，回答以下问题：（1）如何测量小车所受的合外力？（2）绳子的拉力等于钩码的重力吗？为什么？什么情况下钩码重力可以近似等于绳子拉力（即小车所受的合外力）?迁移与应用1某同测得一物体一定时，与F的关系的有关据资料如下表。
（1（2）从图象可以判定：当一定时，与F的关系为：_______________________________________________________ _________________。
（1）实验中必须满足小车和砝码的质量远大于小盘和钩码的总质量，只有这样才可认为小车受到的合外力基本上等于绳子的拉力。
（2）小车应靠近打点计时器且先接通电再放手，纸带上的加速度应是该纸带上的平均加速度。
（3）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地对称分布在直线两侧。
离直线较远的点应视为错误据，可舍去不予考虑。
（4）只有在质量一定时，加速度与力F成正比。
二、加速度与质量的关系活动与探究2[##]1．在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中，研究的对象是小车，我们怎样改变和测量它的质量？2．实验得出的据最终如何处？这样处有什么特点？迁移与应用2某同用如图所示装置做“探究加速度与力、质量的关系”实验，当合外力一定时测得小车的加速度与质量的值如下表：（1值，画出－错误！未定义书签。
图象。
（2）由－错误！未定义书签。
关系可知，当F一定时，与成________关系。
探究加速度与质量的关系时，合力一定，与成反比，－图象是一条曲线，无法确定加速度与质量的关系。
实验中并不画出－图线，而是画出－错误！未定义书签。
图线，这里运用了曲为直的物思想。
三、实验方案的制定及结果处活动与探究31．本实验中，可以不测量加速度的具体值吗？[++]2．某同利用小盘和砝码牵引小车的方法，验证质量一定时加速度与合外力F的关系时，根据实验据作出了如图甲、乙所示的－F图象，产生甲图象不过原点的原因是________；产生乙图象不过原点且弯曲的原因是_________________________________________________________________________________________ _________________。
高中物理《实验：探究加速度与力、质量的关系》导学案
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)。
高一物理(人教版必修1)学案 4.2《实验：探究加速度与力、质量的关系》
学案2实验：探究加速度与力、质量的关系[学习目标定位] 1.学会用控制变量法研究物理规律.2.会测量加速度、力和质量，能作出物体运动的a－F、a－1m图象.3.通过实验探究加速度与力、质量的定量关系．一、实验器材小车、砝码、小桶、砂、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．二、实验原理实验的基本思想——控制变量法1．保持研究对象即小车的质量不变，改变小桶内砂的质量，即改变作用力，测出小车的对应加速度，验证加速度是否正比于作用力．2．保持小桶中砂的质量不变，即保持作用力不变，改变研究对象的质量，测出对应不同质量的加速度，验证加速度是否反比于质量．一、实验方案的设计1．三个物理量的测量方法——近似法本实验的研究对象：放在长木板上的小车在拉力的作用下做匀加速直线运动．(装置如图1所示)．图1(1)小车质量的测量利用天平测出，在小车上增减砝码可改变小车的质量．(2)拉力的测量当小桶和砂的质量远小于小车的质量时，可以认为小桶和砂的重力近似等于对小车的拉力，即F≈mg.(3)加速度的测量：逐差法．2．实验数据的处理方法——图象法、“化曲为直”法(1)研究加速度a和力F的关系以加速度a为纵坐标，以力F为横坐标，根据测量数据描点，然后作出图象，如图2所示，若图象是一条通过原点的直线，就能说明a与F成正比．(2)研究加速度a与物体质量m的关系图2如图3甲所示，因为a－m图象是曲线，检查a－m图象是不是双曲线，就能判断它们之间是不是反比例关系，但检查这条曲线是不是双曲线，相当困难．若a和m成反比，则a与1m必成正比．我们采取“化曲为直”的方法，以a为纵坐标，以1m为横坐标，作出a－1m图象，若a－1m图象是一条直线，如图乙所示，说明a与1m成正比，即a与m成反比．图3二、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．按图4所示的装置把实验器材安装好．图43．平衡摩擦力：在长木板不带定滑轮的一端下面垫一木块，多次移动木块位置，直到轻推小车，使小车在斜面上运动时可保持匀速直线运动为止．4．在小桶里放入适量的砂，在小车上加放适量的砝码，用天平测出小桶和砂的质量m，并记录下来．接通电源，放开小车，待打点计时器在纸带上打好点后取下纸带．5．保持小车的质量不变，改变砂和小桶的质量，按步骤4再做5次实验．6．在每条纸带上选取一段比较理想的部分，算出每条纸带对应的加速度的值并记录在表格的相应位置.次数12345 6小车加速度a/(m·s－2)砂和小桶的质量m/kg拉力F/N7.a－F图象，从而得出a－F的关系．8．保持砂和小桶的质量不变，在小车上加放砝码，重复上面的实验，求出相应的加速度，并设计表格如下．根据实验结果画出小车运动的a－1M图象，从而得出a－M的关系.次数12345 6小车加速度a/(m·s－2)小车质量M/kg1M/kg－19.三、注意事项1．实验中应先接通电源后释放小车．2．在平衡摩擦力时，不要悬挂小桶，但小车应连着纸带且接通电源．用手轻轻地给小车一个初速度，如果在纸带上打出的点的间隔均匀，表明小车受到的阻力跟它受到的重力沿斜面向下的分力平衡．3．改变砂的质量过程中，要始终保证砂桶(包括砂)的质量远小于小车的质量．4．作图时应使所作的直线通过尽可能多的点，不在直线上的点也要尽可能的分布在直线的两侧，但若遇到个别偏离较远的点可舍去．例某实验小组利用图5所示的装置探究加速度与力、质量的关系．图5(1)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)图6是甲、乙两同学根据实验数据画出的图象．图6形成图线甲的原因是______________________________．形成图线乙的原因是______________________________．解析(1)实验中细绳要与长木板保持平行，A项正确；平衡摩擦力时不能将装有砝码的砝码桶通过细绳绕过滑轮拴在木块上，这样无法平衡摩擦力，B项错误；实验时应先接通打点计时器的电源再放开木块，C项错误；平衡摩擦力后，改变木块上的砝码的质量后不再需要重新平衡摩擦力，D项正确．(2)图线甲中F＝0时，木块就有了加速度，可见是长木板倾角过大．图线乙中，有了拉力时，加速度仍为0，说明未平衡摩擦力或长木板倾角过小．答案(1)AD(2)长木板倾角过大未平衡摩擦力或长木板倾角过小为了探究加速度与力的关系，使用如图7所示的气垫导轨装置进行实验．其中G 1、G 2为两个光电门，它们与数字计时器相连，当滑行器通过G 1、G 2光电门时，光束被遮挡的时间Δt 1、Δt 2都可以被测量并记录．滑行器连同上面固定的一条形挡光片的总质量为M ，挡光片宽度为D ，光电门间距离为x ，牵引砝码的质量为m .回答下列问题：图7(1)实验开始应先调节气垫导轨下面的螺钉，使气垫导轨水平，在不增加其他仪器的情况下，如何判定调节是否到位？(2)若取M ＝0.4 kg ，改变m 的值，进行多次实验，以下m 的取值不合适的一个是________． A ．m 1＝5 g B ．m 2＝15 g C ．m 3＝40 g D ．m 4＝400 g(3)在此实验中，需要测得每一个牵引力对应的加速度，其中求得的加速度a 的表达式为：________.(用Δt 1、Δt 2、D 、x 表示)答案 (1)见解析 (2)D (3)a ＝(D Δt 2)2－(DΔt 1)22x解析 (1)取下牵引砝码，滑行器放在任意位置都不动，或取下牵引砝码，轻推滑行器，数字计时器记录每一个光电门的光束被遮挡的时间Δt 都相等． (2)本实验只有在满足m ≪M 的条件下，才可以用牵引砝码的重力近似等于对滑行器的拉力，所以D 是不合适的．(3)由于挡光片通过光电门的时间很短，所以可以认为挡光片通过光电门这段时间内的平均速度等于瞬时速度，即有v 1＝D Δt 1，v 2＝D Δt 2，再根据运动学方程v 22－v 21＝2ax 得：a ＝(D Δt 2)2－(D Δt 1)22x.。
[精品]新人教版必修1高中物理4.2《实验：探究加速度与力、质量的关系》导学案(1)
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4. 2实验：探究加速度与力、质量的关系学案必修一课前预习学案一、预习目标实验目的，实验思路，实验方案，实验结果的分析二、预习内容1、一切物体总保持_______状态或________状态，除非__________________，这就是牛顿第一定律．牛顿第一定律揭示了运动和力的关系：力不是_________的原因，而是______________的原因．2、物体的这种保持_________或__________的性质叫做惯性，惯性是物体的____性质．三、提出疑惑课内探究学案1.学习目标知识与技能1．理解物体运动状态的变化快慢，即加速度大小与力有关，也与质量有关．2．通过实验探究加速度与力和质量的定量关系． 3．培养学生动手操作能力．过程与方法1．指导学生半定量的探究加速度和力、物体质量的关系，知道用控制变量法进行实验．2．学生自己设计实验，自己根据自己的实验设计进行实验． 3．对实验数据进行处理，看一下实验结果能验证什么问题，情感态度与价值观1．通过探究实验，培养实事求是、尊重客观规律的科学态度． 2．通过实验探究激发学生的求知欲和创新精神．3. 培养与人合作的团队精神．二、学习过程1、两车质量相同．表格设计如下：参考表格2、某次实验用打点计时器交流电的频率为50Hz，纸带的记录如图4-2-9所示（使用图4-2-3所示的装置）,图中前几个点模糊,因此从A 点开始每打五个点取一个计数点,其中B、C、D、E点的对应速度v B=_____m/s, v C=_____m/s, v D=_____m/s, v E=_____m/s,由此测得小车的加速度是多大？三、反思总结本节我们学习了：1．力是物体产生的原因．2．用探究物体的加速度与合外力、质量的关系；设计实验的方法．3．物体的质量一定时，越大，物体的也越大；合外力一定时，物体的越大，其越小，且合外力的方向与加速度的方向。
4．实验数据的处理方法．四、当堂检测1．外力是使物体产生_____________的原因．物体运动状态发生改变时，物体一定具有___________，物体一定受到____________的作用．2．质量一定时物体的加速度与它所受的外力成；外力一定时加速度与物体的质量成。
高中物理4.2《实验探究加速度与力、质量的关系》教案(新人教版必修1)
4.2 实验：探究加速度与力、质量的关系从容说课新课标和教学大纲一个很大不同就是新课标注重的是对学生动手能力、探索能力、自己总结观察现象的能力加强了，以这一节课为例，以前是验证牛顿第二定律，注重的是知识的再现；而现在变为探究加速度与力、质量之间的关系，注重的是问题的提出与发现.本节课以实验的形式出现，不仅锻炼学生的动手能力，更重要的是如何设计实验，如何提出问题，这些才是现代中学生最应该掌握的方法和技巧.实验过程中要引导学生自己独立完成实验，独立进行实验数据的处理，最后讨论实验结果，看在哪些方面做得好，哪些方面存在问题.应该放手让学生自主设计实验，即使实验方案不符合要求，也要加以鼓励，因为学生在设计和实际操作过程中的体验是很重要的.这节课的教学可以打破以前传统的一节课进行45分钟的方法，把两节课连在一起放在实验室里进行.用大约一节课的时间进行分析设计实验方案，找出可行的实验方案，在剩余的时间进行实际的操作.操作过程中要时刻注意学生可能出现的问题，加以纠正，并指导学生用计算机进行实验数据的处理.三维目标知识与技能1.理解物体运动状态的变化快慢，即加速度大小与力有关，也与质量有关.2.通过实验探究加速度与力和质量的定量关系.3.培养学生动手操作能力.过程与方法1.指导学生半定量的探究加速度和力、物体质量的关系.知道用控制变量法进行实验.2.学生自己设计实验，自己根据自己的实验设计进行实验.3.对实验数据进行处理，看一下实验结果能验证什么问题.情感态度与价值观1.通过探究实验，培养实事求是、尊重客观规律的科学态度.2.通过实验探究激发学生的求知欲和创新精神.3.培养与人合作的团队精神.教学重点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.教学难点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.教具准备多媒体课件，小车，一端带滑轮长木板、带小钩或小盘的细线两条；钩码（规格：10 g、20 g，用作牵引小车的力）；砝码（规格：50 g、100 g、200 g，用来改变小车的质量）；刻度尺；文件夹；粗线绳（用来牵引小车）.打点计时器、学生电源、纸带、气垫导轨、微机辅助实验系统一套.课时安排2课时教学过程［新课导入］利用多媒体投影图4－2－1：图4－2－1分组定性讨论组1：物体质量一定，力不同，物体加速度有什么不同？组2：力大小相同，作用在不同质量的物体上，物体加速度有什么不同？师：请组1的代表回答一下你们讨论的结果.组1生：当物体质量一定时，物体的加速度应该随着力的增大而增大.师：请组2的代表回答你们组讨论的问题.组2生：当力大小相同时，物体质量越大，运动状态越难以改变，所以质量越大，加速度越小.师：物体运动状态改变快慢取决于哪些因素？定性关系如何？生1：应该与物体的质量和物体所受的力有关系.力越大，加速度越大；质量越大，加速度越小.生2：这里指的力应该是物体所受的合力，以上图为例，物体所受的重力和支持力相等，不参与加速度的提供.师：刚才进行多媒体演示时一次是固定力不变，一次是固定质量不变，这样做有什么好处呢？生：方便我们的研究.师：这是研究多个变量之间关系的非常好的方法，我们把它称作控制变量法.我们以前在什么地方学到过这种方法？生1：在初中我们在探究物体的密度与质量、体积之间的关系时.生2：在研究电流与电压、电阻的关系时.师：好，我们这节课就用这种方法进行探究加速度和力、质量之间的关系.［新课教学］一、加速度与力的关系师：设计一个实验，保持物体的质量不变，测量物体在各个不同的力的作用下的加速度，分析加速度与力的关系.大家分组讨论并且每组设计一个实验方案，并说明实验的原理.分组讨论组1生1：我们是根据课本上的参考案例设计实验的（在投影仪上展示实验装置如图4－2－2）.图4－2－2组1生2：我们设计实验的实验原理如下：因为两个小车的初速度都为零，拉力大小不同，但对每个小车来说保持不变，所以小车应该做匀加速直线运动.根据初速度为零的匀加速直线运动的位移公式x =21at 2可知，加速度和位移成正比，只要测量位移就可以得到加速度与受力之间的关系，力的大小可以根据盘中的砝码求出来.师：下面请组2的代表发言. 组2生1：我们设计的方法和组1的差不多，我们是用了一辆小车，小车后面连接一纸带，用打点计时器记录小车的运动情况，根据所打的点计算小车的加速度，然后再看所受的力和加速度的关系.组2生2：为了消除摩擦力的影响，我们在木板下面垫了一个小木块，当小车没有拉力时让它在木板上匀速运动.师：这个同学的想法很好，这样小车受到的绳子的拉力就等于小车受到的合力，下面请组3的同学代表发言.组3生1：前面两组的同学设计实验时都是物体的初速度为零，我们可以利用气垫导轨设计一个更为一般的方法，让导轨倾斜不同的角度，滑块所受的力就是重力的分力，让滑块滑过轨道中间的两个光电门，记录经过光电门的速度和两个光电门的距离，根据公式x =av v 2202 可以求出加速度的大小，从而可以得到加速度和力的关系.师：好的，在进行实验之前还应该先设计自己的实验表格来记录一下自己的实验数据.那么你是怎样设计表格使你的实验数据得以记录的呢？生1：水平面长木板与小车，车后用绳控制小车运动，两车质量相同.表格设计如下：学生进行实验，老师巡回指导，帮助实力较弱的小组完成实验 师：现在请各小组简要进行一下实验报告. 组1生1：我们根据课本上的参考案例进行了实验，因为已知小车的加速度和位移成正比，通过验证位移和受力之间的关系，即可得出加速度和受力的关系.师：实验数据是怎样进行处理的呢？ 组1生2：我用的是位移和对应力的比值.组1生3：通过我们的讨论，我们发现用作图的方法能更好地表示位移（即加速度）和力的关系.关系图表如图4－2－3所示：图4－2－3可得在研究物体质量不变的情况下，物体的加速度与物体所受的外力成正比.组2生：我们通过处理小车后面的纸带，计算出小车的加速度，通过作图验证了小车的加速度和物体所受的合力成正比.组3生：我们用气垫导轨作出的加速度和所受力的关系图象，实验结论是图象非常接近一条过原点的直线.师：大家做得都非常好，那么你们在实验中遇到的困难是什么呢？能不能想出办法来克服？组1生：当拉小车的砝码的质量较大时，绳子容易打滑，从而影响了位移的测量.我们用松香涂抹在绳子上，效果不错.组2生：我们在做实验时发现了这样一个问题，即当砝码的质量和小车的质量差不多时，a－F图象不能再是一条直线，而是发生了弯曲.师：这组同学的问题非常好，实际上砝码和盘的重力并不严格等于小车受到的拉力，简单证明如下：设砝码及盘的质量为m，小车的质量为M，则分别对它们进行受力分析，对小车，受拉力和摩擦力，对砝码和盘，受重力和拉力，那么它们之间的关系是什么呢？如果相等，根据物体受合力为零则物体做匀速运动，而实际上砝码及盘实际的运动应该是做加速运动，所以说重力和拉力并不相等，而是应该重力大于拉力，而我们在实验中认为二者相等，所以实验的误差有一部分来源于此.控制的方法就是尽可能地使砝码和盘的质量远小于小车及砝码的质量，具体的分析方法我们将在下一节学到.组3生：虽然用气垫导轨做实验结果比较精确，但实验数据处理比较复杂.师：我们可以用计算机进行数据处理，使数据处理变得简单化，大家在课下讨论一下看如何用数据处理软件处理实验中得到的数据.师：以上我们是通过控制物体的质量不变来探究物体的加速度与物体所受力之间的关系，下面同学们继续做实验，通过控制物体所受的力不变来探究物体的加速度和质量的关系.二、加速度与质量的关系学生进行实验，老师巡回指导，帮助实力较弱的小组实现实验由于和以上的实验方法非常类似，所以可以直接让学生得出结论.师：大家得出的结论是什么？生：物体加速度在物体受力不变时，和物体的质量成反比.师：这时候我们应该怎样通过图象来验证问题呢？生：我们如果作a－M图象则图象是曲线，我们可以作a－1／M图象来解决这个问题，物体的加速度和质量成反比，所以a－1／M图象应该是一条过原点的直线.三、由实验结果得出的结论师：通过大家的实验，排除误差的影响，大家讨论总结一下加速度和物体所受的力以及物体质量之间的关系.【分组讨论】生1：我们可以得出这样的结论：物体的加速度和物体所受的力成正比，和物体的质量成反比.生2：应该是和物体所受的合力成正比.生3：我想力是矢量，加速度也是矢量，加速度的方向应该和物体所受力的方向相同.师：（总结）大家的发言非常好，那么我们得出的结论是不是一个定理性的结论呢？仅靠少量的实验是不行的，应该通过更为精确的实验和更多次的实验进行证明，不过我们大家在现有水平下能够得出这个结论是非常了不起的，这是我们下节课要学的牛顿第二定律的内容.【课堂训练】在水平路面上，一个大人推一辆重车，一个小孩推一辆轻车，各自做匀加速运动（阻力不计）.甲、乙两同学在一起议论，甲同学说：大人推力大，小孩推力小，因此重车的加速度大.乙同学说，重车质量大，轻车质量小，因此轻车的加速度大.你认为他们的说法是否正确？请简述理由.答：甲、乙两同学的结论和理由都不全面和充分，物体的加速度决定于物体所受的合外力和物体的质量.大人的推力虽然大，但车的质量也大，因此重车的加速度也不一定就大.小车的质量小，但是小孩的推力也小，因而轻车的加速度也不一定大.判断谁的加速度大，必须看各自的质量和合外力.［小结］本节我们学习了：1.力是物体产生加速度的原因.2.用控制变量法探究物体的加速度与合外力、质量的关系；设计实验的方法.3.物体的质量一定时，合外力越大，物体的加速度也越大；合外力一定时，物体的质量越大，其加速度越小，且合外力的方向与加速度的方向始终一致.4.实验数据的处理方法.［布置作业］1.完成实验报告.2.设计一种方案，测量自行车启动时的平均加速度.［课外训练］1.甲、乙两同学在“探究加速度与合外力F的关系”时，分别得到如图4－2－4所示的图象，这说明了什么？图4－2－42.关于本节课的实验操作，下列说法中符合实际的是A.通过同时改变小车的质量m及受到的拉力F的研究，能归纳出加速度、力、质量三者之间的关系B.通过保持小车质量不变，只改变小车的拉力的研究，就可以归纳出加速度、力、质量三者之间的关系C.通过保持小车受力不变，只改变小车质量的研究，就可以得出加速度、力、质量三者之间的关系D.先不改变小车质量，研究加速度与力的关系；再不改变小车受力，研究加速度与质量的关系，最后归纳出加速度、力、质量三者之间的关系3.在做实验时，首先要细心地调整装置，以使小车做匀速运动，然后才进行实验，这样做的目的何在？参考答案1.答：甲、乙两物体质量不同，且m甲<m乙.2.D3.平衡摩擦力，减小误差板书设计活动与探究探究主题：控制变量法在物理实验中的应用与意义.通过查资料或上互联网搜索等手段写一篇与之相关的科技小论文.。
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《实验：探究加速度与力、质量的关系》【学习目标】1.认识影响加速度的因素—力和质量.2.通过实验测量加速度、力、质量，分别作出加速度与力、加速度与质量的关系图象.3.能根据图象得出加速度与力、质量的关系.4.体会“控制变量法”对研究问题的意义.【重点难点】1.体验实验探究过程：明确实验目的、分析实验思路、制定实验方案、得出实验结论.2.初步认识数据处理时变换坐标轴的技巧.3.初步了解将“不易测量的物理量转化为可测物理量”的实验方法.4.会对实验误差作初步分析.【知识链接】1.探究加速度与力、质量的关系（1）物体运动状态变化的快慢，也就是物体____________的大小，与物体的____________有关，还与物体____________有关.（2）物体的质量一定时，受力越大，其加速度就____________；物体的受力一定时，质量越小，加速度就____________.（3）探究加速度与力的定量关系时，应保持物体____________不变，测量物体在____________的加速度；探究加速度与质量的关系时，应保持物体__________不变，测量不同质量的物体在____________下的加速度.2.制定实验方案时的两个问题（1）测量物体的加速度可以用刻度尺测量____________，并用秒表测量____________，由公式____________算出.也可以在运动物体上安装一条通过打点计时器的纸带，根据____________来测量加速度.（2）在这个实验中也可以不测加速度的具体数值，这是因为我们探究的是____________关系.3.怎样由实验结果得出结论在本探究实验中，我们猜想物体的加速度与它所受的力成________，与质量成____________，然后根据实验数据作出____________图象和____________图象，都应是过原点的直线.【问题探究】当研究三个或三个以上的参量之间的关系时应采用什么研究方法？在探究加速度与力的关系时，这个力应是物体所受的合力，如何为运动物体提供一个恒定的合力？在研究加速度与质量的关系时，为什么要描绘a －m1图象，而不是a －m 图象？ 1.控制变量法研究三个量之间的关系时，先要保持某个量不变，研究另外两个量之间的关系，再保持另一个量不变，研究其余两个量之间的关系，然后综合起来得出结论.这种研究问题的方法叫控制变量法，是物理学中研究和处理问题时经常用到的方法.例如本实验中：控制m 不变，研究加速度a 与外力F 的关系；控制F 不变，研究加速度a 与质量m 的关系.2.探究加速度与力的关系（1）探究加速度与力的关系，这个力应该是物体所受的合力，故探究时应设法使你测出的力就是该物体的合力.采用案例中的设计方案时，近似认为砝码和托盘的重力就是小车所受的合力，这就必须平衡掉小车运动过程中所受的摩擦力，具体方法是：将木板固定打点计时器的一端垫高到一个适当的角度，使重力沿斜面的分力与摩擦力平衡，使得连有纸带的小车在上面轻轻一推恰能匀速下滑为止.（2）利用所测得的数据在a －F 坐标上描点并连线，所连的直线应通过尽可能多的点，不在直线上的点应均匀分布在直线两则，这样所描的直线可能不过原点，如图4－2－1所示.图4－2－1图（a ）是由于平衡摩擦力时斜面倾角太小，未完全平衡摩擦力所致；图（b ）是由于平衡摩擦力时斜面倾角太大，平衡摩擦力过度所致.特别提醒：平衡摩擦力时要使小车拖着纸带，使纸带通过打点计时器，并且使打点计时器处于工作状态，通过打下的纸带判断小车是否做匀速直线运动，从而判断是否已经平衡了摩擦力.3.在研究加速度与质量的关系时，为什么描绘a －m1图象，而不是描绘a －m 图象？ 在相同力的作用下，质量m 越大，加速度越小.这可能是“a 与m 成反比”，但也可能是“a 与m 2成反比”，甚至可能是更复杂的关系.我们从最简单的情况入手，检验是否“a 与m 成反比”.实际上“a 与m 成反比”就是“a 与m 1成正比”，如果以m 1为横坐标，加速度a 为纵坐标建立坐标系，根据a －m1图象是不是过原点的直线，就能判断加速度a 是不是与质量m 成反比.当然，检查a －m 图象是不是双曲线，也能判断它们之间是不是反比例关系，但检查这条曲线是不是双曲线并不容易；而采用a －m 1图象，检查图线是不是过原点的倾斜直线，就容易多了.这种“化曲为直”的方法是实验研究中经常采用的一种有效方法，在以后的学习中也会用到.4.实验中需注意的事项（1）平衡摩擦力时不要挂重物，整个实验平衡了摩擦力后，不管以后是改变托盘和砝码的质量，还是改变小车及砝码的质量，都不需要重新平衡摩擦力.（2）平衡摩擦力后，每次实验必须在满足小车和所加砝码的总质量远大于砝码和托盘的总质量的条件下进行.只有如此，砝码和托盘的总重力才可视为与小车受到的拉力相等.（3）小车应靠近打点计时器且先接通电源再释放小车.（4）作图象时，要使尽可能多的点分布在所作直线上，不在直线上的点应尽可能均匀地分布在所作直线两侧.离直线较远点是错误数据，可舍去不予考虑.【典型例题】应用点一：数据处理例1：若测得某一物体m 一定时，a 与F 的关系的有关数据资料如下表. a /（m·s －2）1.98 4.06 5.95 8.12 F /N 1.002.003.004.00（1）根据表中数据，画出a －F 图象.（2）从图象可以判定：当m 一定时，a 与F 的关系为_________.解析：由表格中的数据可知，a 与F 增加的倍数大致相等，可先假设a 与F 成正比，则图象是一条过原点的直线.同时因实验中不可避免地出现误差，研究误差产生的原因，从而可减小误差，增大实验的准确性.连线时应使直线过尽可能多的点，不在直线上的点应大致分布在直线两侧，离直线较远的点应视为错误数据，不予考虑.因此在误差允许的范围内图线是一条过原点的直线.答案：（1）如图4－2－2所示图4－2－2（2）成正比关系误区警示：采用描点法画图象时应该用直线把描出的点连起来，使不在直线上的点尽可能的均匀分布于直线两侧，这样可以减小实验误差，且离直线较远的点，误差很大，就是错误数据，可直接舍去，绝对不能连成折线.例2：若测得某一物体受力F 一定时，a 与M 的关系数据如下表所示：（1）根据表中所列数据，画出a －m 图象. （2）由a －m1关系可知，当F 一定时，a 与M 成__________关系. 解析：要画a 与m 1的图象，需要先求出对应的m1，其数据分别为：0.50 kg -1、0.67 kg -1、0.80 kg -1、1.00 kg -1.然后描点、连线，得到的图象如图4－2－3所示，由图象可知a 与m1成正比，即a 与M 成反比.答案：（1）a －m1图象如图4－2－3所示图4－2－3（2）反比点评：探究加速度与质量的关系时，有的同学作出了a－M图象如图4－2－4所示，并由此图象得出了加速度与质量成反比，这是不可以的，如果图线是直线，我们可以直接得出加速度与质量的对应关系，但如果图线是曲线，我们就无法确定加速度与质量的关系，这时可采用“化曲为直”的方法进行处理.图4－2－4应用点二：实验误差分析例3：用图4－2－5（a）所示的装置是研究质量一定时，加速度与作用力的关系.研究的对象是放在长木板上的小车，小车的质量为M，长木板是水平放置的.小车前端拴着细轻绳，跨过定滑轮，下面吊着砂桶.实验中认为细绳对小车的作用力F等于砂和桶的总重力mg.用改变砂的质量的办法来改变小车的作用力F，用打点计时器测出小车的加速度a，得出若干组F和a的数据.然后根据测得的数据作出a－F图线.图4－2－5一学生作出图4－2－6（b）所示的图线，发现横轴上的截距OA较大，明显地超出了偶然误差的范围，这是由于在实验中没有进行下面的步骤，即__________________________.解析：细绳对小车的拉力F达到一定的数值前，小车仍静止，表示木板的摩擦力较大不能忽略，同时也表明该同学做实验时，没有给实验装置平衡摩擦力.答案：没有给实验装置平衡摩擦力点评：运用图象分析实验误差原因，是实验探究中一项很重要的能力.【课堂练习】1、某学生在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中，测得小车的加速度a与拉力F 的资料如下表所示.F/N 0.20 0.30 0.40 0.50a/（m·s－2）0.10 0.21 0.29 0.40 （1）根据表中的数据在图4－2－6坐标系中作a－F图线.图4－2－6（2）图线在F轴上截距的物理意义是_________________________________________.2、在上题中，如果此学生根据测得的数据作出的a－F图线如图4－2－7所示，则实验中出现误差的原因是____________.图4－2－73、.教材第76页问题【学后反思】。
【课后练习】1.观察物体的运动，我们发现加速度、物体受力和物体质量三者的关系可能是（）A.物体质量一定时，受力越大，其加速度越大B.物体质量一定时，受力越大，其加速度越小C.物体受力一定时，它的质量越大，其加速度越大D.物体受力一定时，它的质量越大，其加速度越小2.关于“探究加速度与力、质量的关系”的实验操作，下列说法中符合实际的是（）A.通过同时改变小车的质量m及受到的拉力F的研究，能归纳出加速度、力、质量三者之间的关系B.通过保持小车质量不变，只改变小车的拉力的研究，就可以归纳出加速度、力、质量三者之间的关系C.通过保持小车受力不变，只改变小车质量的研究，就可以得出加速度、力、质量三者之间的关系D.先不改变小车质量，研究加速度与力的关系，再不改变小车受力，研究加速度与质量的关系，最后归纳出加速度、力、质量三者之间的关系3.在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中，下列说法中正确的是（ ）A.为了减小实验误差，悬挂物的质量应远小于车和砝码的质量B.为减小小车、纸带受到摩擦力对实验的影响，需要把小车运动平面起始端抬高C.实验结果采用描点法画图象，是为了减小误差D.实验结果采用a －m1坐标作图，是为了便于根据图象直观地作出判断 4.在利用打点计时器“探究加速度与力、质量关系”的实验中，以下做法正确的是（ ）A.平衡摩擦力时，应将重物用细绳通过定滑轮系在小车上B.平衡摩擦力时，小车后面的纸带必须连好，因为运动过程中纸带也要受到阻力C.每次改变小车的质量时，不需要重新平衡摩擦力D.实验时，先放开小车，后接通电源5.如果a －m1图象是通过原点的一条直线，则说明（ ） A.物体的加速度a 与质量m 成正比 B.物体的加速度a 与质量m 成反比C.物体的质量m 与加速度a 成正比D.物体的质量m 与加速度a 成反比6.如图4－2－8是某些同学根据实验数据画出的图象，下列说法中正确的是（ ）图4－2－8A.形成图（甲）的原因是平衡摩擦力时长木板倾角过大B.形成图（乙）的原因是平衡摩擦力时长木板倾角过小C.形成图（丙）的原因是平衡摩擦力时长木板倾角过大D.形成图（丁）的原因是平衡摩擦力时长木板倾角过小7.已知物体的加速度a 与物体的受力F 及物体的质量m 满足关系式a ∝F ，a ∝m1.在光滑的水平面上有一质量为m 的物体受到水平力F 作用，在t 时间内由静止开始移动了s 距离，今要使距离变为4s ，可采用以下哪些方法（ ）A.将水平恒力增为4FB.将物体的质量减为原来的41 C.将作用时间增为4t D.将作用时间增为2t能力提升8.如图４－２－9所示是某同学做“探究加速度与力、质量的关系”实验时已接通电源正要释放纸带时的情况，请你指出该同学的四个错误.图4－2－99.某次实验测得如下数据：当m 一定时a 与F 的关系如表一所示；当F 一定时，a 和m 1的关系如表二所示.F /N1.002.003.004.00 a /（m·s －2）1.90 3.95 5.85 7.62表二 m1/kg -1 0.52 0.67 0.80 1.00 a /（m·s －2） 1.51 2.10 2.49 3.10（1）在图4－2－10的相应坐标系中分别作出表一、表二所给数据确定物理量的图线.图4－2－10（2）在研究a 与m 的关系时，作了a －m 1的图线，而没作a －m 的图线，那么作a －m 1的图线有何优点？10.用斜面、小车、砂桶、砝码、打点计时器做“探究加速度与力、质量关系”的实验中，得到如图4－2－11所示的纸带，相邻记数点间的时间间隔为T ，且x 1、x 2、x 3、…、x 6已测量出.（1）请写出计算加速度的表达式.（2）如图4－2－12（a ）所示，为甲同学根据测量数据画出的a －F 图象，则甲在实验中存在的问题是____________.（3）乙、丙同学用同一装置实验，画出了各自得到的a －F 图象如图4－2－12（b ）所示，说明两个同学做实验时的哪一个物理量取值不同？并比较其大小.图4－2－11图4－2－120402《实验：探究加速度与力、质量的关系》导学案答案【知识链接】1.加速度 质量 受力的大小 越大 越大 质量 不同力的作用下 受力 该力作用2.位移 时间 a =22tx 纸带上打出的点 加速度与其他量之间的比例 3.正比 反比 a －F a －m 1【典型例题】【课堂练习】1、（1）如图所示（2）未完全平衡摩擦力2、平衡摩擦力时，长木板倾角过大3、教材第76页问题提示：如果假设加速度与质量的二次方成反比，我们最好作a －m1图象.【课后练习】1.AD2.D3.ABCD4.BC5.B6.AD7.ABD8.①电源应用低压交流电源②滑轮的位置应使拉线水平③小车应靠近打点计时器④木板应垫高右端平衡摩擦力.9.（1）作出的两个图线如图所示（2）a －m 的图线是曲线，难以找出规律，a －m 1的图线是直线，容易找出规律. 10.（1）a =21234569)()(Tx x x x x x ++-++. （2）没有平衡摩擦力或平衡摩擦力时，木板与水平面夹角过小（3）两小车及车上的砝码质量不同，且m 乙<m 丙.。