4.2-实验探究加速度与力质量的关系

高中物理教学任务单必修1·牛顿运动定律实验：探究加速度与力、质量的关系第1页共3页§4.2实验：探究加速度与力、质量的关系【课标要求】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。【课前准备】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___________的大小有关。2．探索物体的加速度与力的关系的基本思路：保持物体的____不变，测量物体在_____的作用下的__________，分析________与的______的关系，如果a与F成_____比，则a—F图象是一条过_______________。3．探索物体的加速度与物体质量的关系的基本思路：保持物体____________不变，测量________的物体在该力作用中的_________，分析________与________的关系。如果a与m成反比，实质上就是a与1/m成______比，则a—1/m图象就是一条过_______________。【课堂活动】1．物体运动状态的描述：物体的运动状态通常用________来描述；运动状态变化快慢用_________来描述。2．猜想：物体的运动状态改变的快慢，即物体加速度大小与________和__________有关。3．实验探究：〖加速度与力的关系〗A．实验设计：控制变量：在探究物体的加速度与所受外力关系时，控制___________不变。实验装置：为了研究方便，我们设计物体在恒定外力作用下做匀加速直线运动。加速度的测量：某次打点计时器，打出的纸带如下图所示。用刻度尺测量计数点1、2、3、4、5、6到计数点0间的距离d1、d2、d3、d4、d5、d6。逐差法求加速度：（相邻两个计数点间时间间隔为T）x1=d1、x2=d2—d1、x3=d3—d2、x4=d4—d3、x5=d5—d4、x6=d6—d5x4—x1=3a1T2、x5—x2=3a2T2、x6—x3=3a1T2则物体的加速度a=____________B．实验过程：①按照图示装置安装实验仪器。（要求：小车的质量远大于砂桶质量）②不挂砂桶，用小木块垫起长木板的另一端使，木板与水平面成一个较小的角度。角度设计要求：轻推小车，小车拖动纸带在长木板上做________运动（或者说，纸带上打出点迹______），这个过程叫做_____________。③用天平测量砂桶质量m1，则牵引小车的力可认为是______；将砂桶挂在牵引小车的细线上，并悬于空中；使小车靠近打点计时器，先________，然后释放小车，并打点，取下纸带，并在纸带上标出明m1数值，以便数据处理时使用。④在砂桶里添加少量细砂，并测量出总质量m2，重复步骤③⑤此后依次在砂桶里添加少量细砂，重复上述实验3次以上。⑥测量并计算加速度。（测量结果记录在下列表格中）次数牵引力/N（F=mg）位移加速度a/m·s－2d1d2d3d4d5d612345C．数据处理：分析与研究，建立坐标系，描点绘图（a—F图象）结论：a—F图象是___________________，说明在物体_______保持不变时，物体的加速度a与物体所受的外力F成_______关系。0123456d1d2d3d4d5d6a/m·s－2F/N0高中物理教学任务单必修1·牛顿运动定律实验：探究加速度与力、质量的关系第2页共3页〖加速度和质量的关系〗A．实验设计：控制变量：在探究加速度与物体质量关系时，控制___________不变。实验装置：与探究加速度与物体所受外力相同。B．实验过程：①实验装置的组装。②平衡摩擦力：_____________________________________________________。③固定砂桶质量（保持牵引力不变），先测量小车质量m0，并在小车在添加一个质量为m的钩码，接通电源，释放小车，打点，取下纸带，并在纸上标上（m0+m）的值。④重新换一条纸带，在小车内再添加一个钩码，重复步骤③。⑤重复上述实验至少3次。⑥实验并记录数据（记录在下表中）。次数质量/kg（m0+m）位移加速度a/m·s－2d1d2d3d4d5d612345C．数据处理：作a—m图象：图象是______________，较难判断a与m间的关系，若a与m成反比，那么图象应当是_____________，然而我们无法根据图象来判断这条曲线是否就是___________，因此，可以从另一个角度来思考，即如果a与m成反，也就是a与1/m成正比，如果作出a—1/m图象，那么图象应当是_________________。根据上述思考作a—1/m图象，从该图象可知a与m成____关系。实验结论：当物体所受的合外力保持不变时，物体的加速度a与物体的质量m成___。4．问题解决：〖例1〗用图示的实验装置能否探究加速度与质量的关系？能否探究加速度与外力的关系？如果可以请说明操作步骤，如果不可以请简述理由。〖例2〗通过那些方法可以验证a与F的正比关系?经验告诉我们在相同力的作用下，质量m越大，加速度a越小，这可能是“a与m成反比”或“a与m2成反比”等等，有何办法知道a与m成反比?【课后体验】1．关于力和运动的关系,下列说法中正确的是（）A．物体的速度不断增大，表示物体必受力的作用B．物体的位移不断增大，表示物体必受力的作用C．物体朝什么方向运动，则这个方向上物体必受力的作用D．物体的速度大小不变，则其所受的合力必为零2．某两个同学用图所示的装置（图中A为小车，B为带滑轮的长木板，C为水平桌面），分别在《探究加速度与外力间的关系》实验中，各自得到的图象如图中甲和乙所示，则出现此种现象的原因甲是，乙是．3．某同学在做“当外力一定时，加速度和质量的关系”的实验时，得到下表中的实验数据：（1）请使用a-1/m图象来处理这些数据，并说明为什么不用a-m图象来处理数据。（2）根据作出的图象，可以得到的结论是小车的加速度与它的．4．在保持质量不变时加速度与物体受力间关系的实验中（使用图4-2-7所示的装置），小车质量M和砝码质量m分别选取下列四组值．A．M=500g，m分别为50g、70g、100g、125g；B．M=500g，m分别为20g、30g、40g、50g；C．M=200g，m分别为50g、75g、100g、125g；D．M=200g，m分别为30g、40g、50g、60g。若其它操作都正确，那么在选用组值测量时所画出的图线较准确．在选用此组值，m取g时实验误差较大．0a/m·s－2m/kg0a/m·s－2—m1/kg－1高中物理教学任务单必修1·牛顿运动定律实验：探究加速度与力、质量的关系第3页共3页实验：探究加速度与力、质量关系参考答案【课前准备】1．加速度、质量、物体所受的外力2．质量、不同的力、加速度、加速度、力、正比、原点的直线3．所受外力、不同质量、加速度、加速度、所受外力、正、原点的直线【课堂活动】1．速度、加速度2．物体质量、物体所受外力3．〖加速度与力的关系〗A．物体的质量、（装置自左向右依次为）打点计时器、小木块、纸带、小车、细线、长木板、定滑轮、砂桶、(a1+a2+a3)/3B．匀速、均匀、平均摩擦力、m1g、接通电源C．（数据由实验结果填入，并作图）、一条过原点的倾斜直线、质量、正比。〖加速度和质量的关系〗A．所受合外力B．不挂砂桶时，使小车拖着纸带沿斜面匀速下滑。C．图象是一条曲线，双曲线的一支，双曲线的一支，过原点的一条倾斜直线、反比、反比。4．问题解决：〖例1〗用此实验装置可以定性地探究加速度与质量的关系，操作步骤如下：把两辆完全相同的小车放在水平地面上，让二个体重不同的同学各站在一个玩具滑板车上，通过手相互对推，测量他们从分手到静止各自位移的值x1和x2，根据2ax=vt2就可以他们分手时各自的速度v1和v2各是多少，谁的速度大，他获得的加速度就大。由于两位同学和小车所受的外力是相同的，只要测量出小车和两位同学的质量，就能定性比较加速度与质量的关系。如果两人的质量相同，因为相互作用总是相同，只能验证相同质量相同外力时加速度也相同，这是本装置的缺点。〖例2〗⑴直接验证：①比例法：验证F1/F2=a1/a2或F1/a1=F2/a2②图象法：作a—F图象，看其是否为过原点的直线⑵间接验证：根据本实验设计，两车同时运动，同时停止，具有相同的运动时间，因为x=at2/2，所以x1/x2=a1/a2由此可见只要验证x与F的正比关系即可。【课后体验】1．A2．平衡摩擦力时，木板倾角过大；平衡摩擦力时，木板倾角太小3．图略，质量成反比4．B、50