4.2实验探究加速度与力质量的关系

莱芜二中“351高效探究课堂”高一物理学案班级姓名组别时间：2013/12/251§4.2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.【要点导学】1．实验目的探究加速度与力、加速度与质量的关系。即质量一定时，加速度与作用力成_______；作用力一定时，加速度与质量成________。2．实验原理保持小车的质量不变，测量出外力F和小车的加速度a，作出a—F图象，若图线是过原点的直线，则a与F成正比；保持外力F不变，测量出小车质量M和加速度a，作出a—M1图象，若图线是过原点的直线，则a与M成反比。3．实验器材___________、纸带、小车、一端附有______的长木板、小桶和沙子、细绳、______、天平(带有砝码)、刻度尺.4．实验步骤(1)用________测出小车和小桶的质量M和m，把数值记录下来.(2)把实验器材安装好，只是不把悬挂小桶的细绳系在小车上（即不给小车加牵引力）(3)平衡摩擦：在长木板的____________的一端下面垫上一块薄木板，反复移动木板的位置，直至小车在斜面上运动时保持_______________，这时小车拖着纸带运动时受到的___________恰好与小车所受重力_______________的分力平衡。(4)把细绳系在小车上并绕过滑轮悬挂小桶。先__________再__________，取下纸带，在打点纸带上标上纸带号码。(5)保持小车的质量不变，在小桶内放入质量为m1的沙子，重复步骤(4)，在小桶内分别放入质量为m2、m3…的沙子，再重复步骤(4)，m1、m2、m3…的数值都要记录在纸带上（或表格内）。(6)在每条纸带上都选取一段比较理想的部分，按“测定匀变速直线运动的加速度”实验中的方法算出每条纸带的加速度a.(7)用纵坐标表示___________，横坐标表示___________，根据实验结果在坐标平面上画出相应的点。若这些点在一条__________上，便证明了加速度与作用力成________。(8)保持沙子和小桶的_________不变，在小车上依次加________（也要作好记录）。重复上述步骤(4)和步骤(6)，用纵坐标表示，横坐标表示小车及砝码，在坐标平面上根据实验结果画出相应的点，如果这些点在________________，就证明加速度与质量成反比。4．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）1.984.065.958.12F/N1.002.003.004.00（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_________.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：a/（m·s－2）2.042.663.233.98M/kg2.001.501.251.00（1）根据表中所列数据，画出a－m1图象.（2）由a－m1关系可知，当F一定时，a与M成__________关系.OF/Na/m·s-2O1/Ma/m·s-2莱芜二中“351高效探究课堂”高一物理学案班级姓名组别时间：2013/12/252例3：如图所示，是某同学测量匀变速直线运动的加速度时，从若干纸带中选中的一条纸带的一部分，他每隔4个点取一个计数点，所用电源频率为50Hz，对各计数点间距离的测量结果为：x1=2.80cm，x2=4.40cm，x3=5.95cm，x4=7.57cm，x5=9.10cm。(1)为了验证小车的运动是匀变速直线运动，请进行下列计算，填入表内(单位：cm).x2-x1x3-x2x4-x3x5-x4(2)根据匀变速直线运动的规律，可以求得物体运动的加速度：a1=2132txx=_______________，a2=2242txx=________________，所以221aaa=______________.【跟踪训练】1、如果a-m1图像是通过原点的一条直线，则说明（）Ａ．物体的加速度a与物体的质量m成正比Ｂ．物体的加速度a与物体的质量m成反比；Ｃ．物体的质量m与物体的加速度a成正比Ｄ.物体的质量m与物体的加速度a成反比。2、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.每次改变小车的质量时，不需要重新平衡摩擦力C.实验时，先放开小车，后接通电源D.“重物的质量远小于小车的质量”这一条件如不满足，对探究过程不会产生影响3、在探究加速度与力、质量的关系时，下列说法正确的是（）A.同时测出物体的质量、加速度和力，能容易发现三者之间的关系B.保持物体的质量不变，一定要测出加速度的数值，才能找出加速度与力的关系C.可以利用物体做自由落体运动来探究加速度与质量的关系D.如果加速度与力的图象是一条过原点的倾斜直线，则加速度与力成正比4、“在影响加速度的因素”的探究中发现（）A．同一物体运动的速度越大，受到的合力越大B．同一物体运动的速度变化越大，受到的合力越大C．同一物体运动速度变化率越小，受到的合力越小D．同一物体运动速度变化越快，受到的合力越大5、为了研究加速度跟力和质量的关系，应该采用的研究实验方法是（）A．控制变量法B．假设法C．理想实验法D．图象法6、在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中，用改变沙子的质量的办法来改变对小车的作用力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如图4—2—5所示的a—F图象，发现图线既不过原点，又不是直线，原因是()A.没有平衡摩擦力，且小车质量较大B.平衡摩擦力时，所垫木板太高，且沙子和小桶的质量较大C.平衡摩擦力时，所垫木板太低，且沙子和小桶的质量较大D.平衡摩擦力时，所垫木板太高，且小车质量较大7、在做“探究加速度与力、质量的关系”的实验时()A.应使沙子和小桶的总质量远小于小车和砝码的总质量，以减小实验误差B.可用天平测出小桶和沙子的总质量m1、小车和砝码的总质量m2.根据公式a=21mgm求出小车的加速度C.处理实验数据时采用描点法画图象，是为了减小误差D.处理实验数据时采用a—m1的图象，是为了便于根据图线直观地作出判断······x1x2x3x4x5OFa图4—2—5莱芜二中“351高效探究课堂”高一物理学案班级姓名组别时间：2013/12/2538、某同学利用本节课参考案例中的实验装置研究a与F之间的关系，测得小车的加速度a和拉力F的数据见下表：F/N0.200.300.400.50a/m·s-20.100.210.290.40(1)根据表中数据在图4—2—2中画出a—F图线.(2)结合实验装置，说明图线不过原点的原因是什么？如何进行改正？9、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10、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11、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.连接砝码盘和小车的细绳应与长木板保持平行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.平衡摩擦力后，长木板的位置不能移动12、在“验证牛顿运动定律”的实验中，采用如图所示的实验装置，小车及车中砝码的质量用M表示，盘及盘中砝码的质量用m表示，小车的加速度可由小车后拖动的纸带打上的点计算出．(1)当M与m的大小关系满足________时，才可以认为绳对小车的拉力大小等于盘及盘中砝码的重力．(2)一组同学在做加速度与质量的关系实验时，保持盘及盘中砝码的质量一定，改变小车及车中砝码的质量，测出相应的加速度，采用图象法处理数据．为了比较容易地检查出加速度a与质量M的关系，应该做a与________的图象．(3)如图(a)，甲同学根据测量数据做出的a－F图线，说明实验存在的问题是________．(4)乙、丙同学用同一装置做实验，画出了各自得到的a－F图线，如图(b)所示，两个同学做实验时的哪一个物理量取值不同？13、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1/4C.将作用时间增为4tD.将作用时间增为2t14、如图4—2—7所示，在研究牛顿第二定律的演示实验上，若1、2两个相同的小车所受拉力分别为F1、F2，车中所放砝码的质量分别为m1、m2,打开夹子后经过相同的时间两车的位移分别为x1、x2，则在实验误差允许的范围内，有()A.当m1=m2、F1=2F2时，x1=2x2B.当m1=m2、F1=2F2时，x2=2x1C.当F1=F2、m1=2m2时，x1=2x2D.当F1=F2、m1=2m2时，x2=2x115、如图(a)为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是0.1s，距离如图，单位是cm，小车的加速度是________m/s2，在验证质量一定时加速度a和合外力F的关系时，某学生根据实验数据作出了如图所示的a－F图象，其原因是________．OF/Na/m·s-2图4—2—2F1F2小车1小车2莱芜二中“351高效探究课堂”高一物理学案班级姓名组别时间：2013/12/254补充材料：一、实验原理（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，而研究其中两个参量之间的变化关系的方法，是物理实验中经常采取的一种方法．本实验有F、m、a三个参量，研究加速度a与F及m的关系时，我们应先控制一个参量不变，研究另外两个参量之间的关系．在该实验中要求先控制小车的质量不变，改变小车所受的拉力F，讨论a与F的关系；再控制小车所受的拉力F不变，改变小车的质量m，讨论a与m的关系．(2)要测量的物理量小车与其上砝码的总质量M一用天平测出．小车受的拉力F——用天平测出小盘和盘内砝码的总质量m，由F＝mg算出．小车的加速度a——通过打点计时器打出的纸带测算出．(3)平衡摩擦力的目的和方法①目的：实验中小车要受到摩擦阻力的作用，增加了实验的难度．垫高水平木板不带滑轮的一端，使小车自身重力沿斜面的分力平衡摩擦力，这样小车所受拉力即为合力，提高了实验成功率．②方法：不挂托盘，使小车拖着纸带，纸带通过打点计时器，并且使打点计时器处于工作状态，逐渐调节木板的倾角，使打下的纸带点间距相等，则说明小车做匀速直线运动，即平衡了摩擦力．二、实验器材打点计时器、纸带及复写纸、小车、一端附有定滑轮的长木板、小盘和砝码、细绳、低压交流电源、天平(带有一套砝码)、刻度尺．三、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，平衡摩擦力．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mog．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