4.2实验：探究加速度与力、质量的关系 导学案-2022-2023学年高一上学期物理人教版（2019） 必修第一册（word版含答案）
文档属性
| 名称 | 4.2实验：探究加速度与力、质量的关系 导学案-2022-2023学年高一上学期物理人教版（2019） 必修第一册（word版含答案） |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 754.8KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2022-09-08 11:32:20 | ||
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文档简介
4.2实验：探究加速度与力、质量的关系
【学习目标】
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。
【学习重点】
探究加速度与力、质量的关系。
【学习难点】
由实验结果得出结论。
【方法指导】
自主探究、交流讨论、自主归纳
【学习过程】
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：
（1）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，小桶和沙，细绳，导线，天平， ，砝码。
（2）实验步骤
用天平测出小车和小桶的质量M和M/，把数值记录下来。
按图把实验器材装好，不挂小桶。
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。
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。
保持质量不变，做上述试验，把力对应的纸带标好。
保持力不变，做上述试验，将质量对应的纸带标好。
计算出加速度，做出加速度与力的图像及加速度与质量得到数的图像。
表一：
物理量 1 2 3 4 5 6
质量M
1/M
加速度a
表二：
物理量 1 2 3 4 5 6
作用力F
加速度a
画出图像：
实验结论：物体的加速度与物体的 成反比，与物体 成正比。
【达标检测】
一、单选题
1．在“探究加速度与力、质量的关系”实验中所采用的科学方法是（ ）
A．理想实验法 B．等效替代法
C．控制变量法 D．建立模型法
2．在“探究加速度与力、质量的关系”实验中，下列做法和理由正确的是( )
A．实验中所用电源为低压直流电源
B．实验中纸带和细绳应与长木板严格平行，使力作用在物体运动方向的直线上
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，对探究过程也不会产生影响
3．在做“探究加速度与力、质量的关系”的实验中，某同学根据实验数据画出的小车加速度a和小车所受拉力F的图像为图中的直线I，直线I在坐标轴上截距较大，明显超出了误差范围。下面给出了关于形成这种情况的四种解释，其中可能正确的是（ ）
A．实验前该同学没有平衡摩擦力
B．该同学在平衡摩擦力时，把长木板的末端抬得过高
C．实验中该同学所用小车质量远大于钩码质量
D．实验中该同学所用小车质量远小于钩码质量
4．某实验小组利用如图所示的装置探究加速度与力、质量的关系，下列做法正确的是（ ）
A．实验时，先放开木块再接通打点计时器的电源
B．调节滑轮的高度，使拉木块的细绳与长木板保持平行
C．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
D．通过增减木块上的砝码改变质量时，需要重新调节木板倾斜度来平衡木块受到的滑动摩擦力
5．物理学是研究物质运动最一般规律和物质基本结构的学科，在物理学的探索和发现过程中，科学家们运用了许多研究方法如：理想实验法、控制变量法、极限思想法、类比法、科学假说法和建立物理模型法等。以下关于物理学研究方法的叙述中正确的是（ ）
A．在不需要考虑物体本身的大小和形状时，用质点来代替物体的方法是微元法
B．在探究加速度、力和质量三者之间的关系时，先保持质量不变研究加速度与力的关系，再保持力不变研究加速度与质量的关系，这里运用了控制变量法
C．在推导匀变速直线运动位移公式时，把整个运动过程划分成很多小段，每一小段近似看作匀速直线运动，再把各小段位移相加，这里运用了理想模型法
D．根据速度定义式，当时，就可以表示物体在时刻的瞬时速度，该定义运用了理想实验法
二、多选题
6．探究加速度与力、质量的关系实验时下列器材肯定不需要的是
A． B．
C． D．
7．在做“探究加速度与力、质量的关系”实验中，以下说法正确的（ ）
A．先释放纸带再接通电源
B．打点结束，先关电源再取纸带
C．拉小车的细线应尽可能与长木板平行
D．实验需要平衡拖着纸带的小车受到的摩擦力
三、实验题
8．用如图所示的实验装置做“探究加速度与力、质量关系”的实验。
（1）下面列出了一些实验器材：打点计时器、纸带、刻度尺、带滑轮的长木板、垫块、小车和砝码、天平（附砝码）、砂和砂桶。除以上器材外，还需要的实验器材是______。
A．秒表 B．直流电源 C．交流电源
（2）实验中，平衡摩擦力时，要先________（填“挂上”或“取下”）砂桶。
9．用如图甲所示的实验装置探究小车的加速度a与力F的关系。
（1）进行实验时，___________（选填“需要”或“不需要”）将长木板左端垫高以平衡摩擦力；
（2）根据实验数据画出如图乙所示的a-F图像，由此得出实验结论：在小车质量保持不变时，小车的加速度a与力F成___________（选填“正比”或“反比”）。
10．某小组利用气垫导轨装置探究加速度与力、质量之间的关系，同学们准备了以下器材：带有刻度尺的气垫导轨、气泵、光电门2个、数字计时器、带遮光条的滑块（其上可放砝码），砝码盘、质量10g的砝码6个，操作过程如下：
①固定光电门，测出两光电门之间的距离为L，调节导轨水平，将滑块用细线跨过轻质滑轮与砝码盘相连；
②将6个砝码放到滑块上，释放滑块，测出其经过光电门1和2的挡光时间；
③取滑块上一个砝码放入砝码盘，释放滑块，测出挡光时间；
④再次取滑块上一个砝码，依次重复上述操作，直至将6个砝码全部转移到砝码盘；
如果滑块上遮光条的宽度为d，重力加速度，回答以下问题：
（1）某次实验过程中光电门1记录的时间为，光电门2记录的时间为，则可求得滑块的加速度a＝______；（用测量的物理量符号表示）
（2）将6个砝码依次移至砝码盘上，分别测出滑块的加速度，描点作图画出加速度a与砝码盘中砝码个数N的关系图像，如图乙所示。图像没有经过原点，产生的原因为______；
（3）通过图像可求得滑块的质量M＝______kg，砝码盘的质量______ kg。（均保留两位小数）
11．用如图甲所示的装置探究加速度与质量的关系，把右端带有滑轮的长木板放在实验桌上，小车的左端连接穿过打点计时器的纸带，右端连接细线，细线绕过定滑轮挂有托盘和砝码，通过垫块调节木板左端高度平衡摩擦力。
（1）下列实验操作正确的有___________。
A．先释放小车后接通电源 B．调整定滑轮使细线与长木板平行
C．平衡摩擦力时必须移去纸带 D．平衡摩擦力时必须移去托盘和砝码
（2）某次实验打出的一条纸带如图乙所示，测得计数点1、2、3、4与0计数点间的距离分别为x1=3.60 cm、x2=9.61 cm、x3=18.01 cm、x4=28.81 cm。已知打点计时器打点周期为0.02 s，相邻计数点间有四个点未画出，则小车的加速度a=___________ m/s2（结果保留三位有效数字）。
（3）实验中保持托盘和砝码的总质量不变，改变小车和车内沙子的总质量M，进行实验打出纸带，算出相应的加速度a，数据描在图丙中，请在图丙中根据描出的点作出a-图像___________；由图像可得出的结论是___________。
参考答案：
C2．B3．B4．B5．B6．AD7．BCD
8． C 取下
9． 需要 正比
10． 砝码盘有一定质量 0.93 0.01
11． BD 2.40 在托盘和砝码的总质量远小于小车和车内沙子的总质量M的情况下，合力一定时，小车和车内沙子的加速度a与质量M成反比
打点计时器
纸带
a
1/M
0
a
F
试卷第1页，共3页
试卷第1页，共3页
【学习目标】
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。
【学习重点】
探究加速度与力、质量的关系。
【学习难点】
由实验结果得出结论。
【方法指导】
自主探究、交流讨论、自主归纳
【学习过程】
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：
（1）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，小桶和沙，细绳，导线，天平， ，砝码。
（2）实验步骤
用天平测出小车和小桶的质量M和M/，把数值记录下来。
按图把实验器材装好，不挂小桶。
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。
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。
保持质量不变，做上述试验，把力对应的纸带标好。
保持力不变，做上述试验，将质量对应的纸带标好。
计算出加速度，做出加速度与力的图像及加速度与质量得到数的图像。
表一：
物理量 1 2 3 4 5 6
质量M
1/M
加速度a
表二：
物理量 1 2 3 4 5 6
作用力F
加速度a
画出图像：
实验结论：物体的加速度与物体的 成反比，与物体 成正比。
【达标检测】
一、单选题
1．在“探究加速度与力、质量的关系”实验中所采用的科学方法是（ ）
A．理想实验法 B．等效替代法
C．控制变量法 D．建立模型法
2．在“探究加速度与力、质量的关系”实验中，下列做法和理由正确的是( )
A．实验中所用电源为低压直流电源
B．实验中纸带和细绳应与长木板严格平行，使力作用在物体运动方向的直线上
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，对探究过程也不会产生影响
3．在做“探究加速度与力、质量的关系”的实验中，某同学根据实验数据画出的小车加速度a和小车所受拉力F的图像为图中的直线I，直线I在坐标轴上截距较大，明显超出了误差范围。下面给出了关于形成这种情况的四种解释，其中可能正确的是（ ）
A．实验前该同学没有平衡摩擦力
B．该同学在平衡摩擦力时，把长木板的末端抬得过高
C．实验中该同学所用小车质量远大于钩码质量
D．实验中该同学所用小车质量远小于钩码质量
4．某实验小组利用如图所示的装置探究加速度与力、质量的关系，下列做法正确的是（ ）
A．实验时，先放开木块再接通打点计时器的电源
B．调节滑轮的高度，使拉木块的细绳与长木板保持平行
C．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
D．通过增减木块上的砝码改变质量时，需要重新调节木板倾斜度来平衡木块受到的滑动摩擦力
5．物理学是研究物质运动最一般规律和物质基本结构的学科，在物理学的探索和发现过程中，科学家们运用了许多研究方法如：理想实验法、控制变量法、极限思想法、类比法、科学假说法和建立物理模型法等。以下关于物理学研究方法的叙述中正确的是（ ）
A．在不需要考虑物体本身的大小和形状时，用质点来代替物体的方法是微元法
B．在探究加速度、力和质量三者之间的关系时，先保持质量不变研究加速度与力的关系，再保持力不变研究加速度与质量的关系，这里运用了控制变量法
C．在推导匀变速直线运动位移公式时，把整个运动过程划分成很多小段，每一小段近似看作匀速直线运动，再把各小段位移相加，这里运用了理想模型法
D．根据速度定义式，当时，就可以表示物体在时刻的瞬时速度，该定义运用了理想实验法
二、多选题
6．探究加速度与力、质量的关系实验时下列器材肯定不需要的是
A． B．
C． D．
7．在做“探究加速度与力、质量的关系”实验中，以下说法正确的（ ）
A．先释放纸带再接通电源
B．打点结束，先关电源再取纸带
C．拉小车的细线应尽可能与长木板平行
D．实验需要平衡拖着纸带的小车受到的摩擦力
三、实验题
8．用如图所示的实验装置做“探究加速度与力、质量关系”的实验。
（1）下面列出了一些实验器材：打点计时器、纸带、刻度尺、带滑轮的长木板、垫块、小车和砝码、天平（附砝码）、砂和砂桶。除以上器材外，还需要的实验器材是______。
A．秒表 B．直流电源 C．交流电源
（2）实验中，平衡摩擦力时，要先________（填“挂上”或“取下”）砂桶。
9．用如图甲所示的实验装置探究小车的加速度a与力F的关系。
（1）进行实验时，___________（选填“需要”或“不需要”）将长木板左端垫高以平衡摩擦力；
（2）根据实验数据画出如图乙所示的a-F图像，由此得出实验结论：在小车质量保持不变时，小车的加速度a与力F成___________（选填“正比”或“反比”）。
10．某小组利用气垫导轨装置探究加速度与力、质量之间的关系，同学们准备了以下器材：带有刻度尺的气垫导轨、气泵、光电门2个、数字计时器、带遮光条的滑块（其上可放砝码），砝码盘、质量10g的砝码6个，操作过程如下：
①固定光电门，测出两光电门之间的距离为L，调节导轨水平，将滑块用细线跨过轻质滑轮与砝码盘相连；
②将6个砝码放到滑块上，释放滑块，测出其经过光电门1和2的挡光时间；
③取滑块上一个砝码放入砝码盘，释放滑块，测出挡光时间；
④再次取滑块上一个砝码，依次重复上述操作，直至将6个砝码全部转移到砝码盘；
如果滑块上遮光条的宽度为d，重力加速度，回答以下问题：
（1）某次实验过程中光电门1记录的时间为，光电门2记录的时间为，则可求得滑块的加速度a＝______；（用测量的物理量符号表示）
（2）将6个砝码依次移至砝码盘上，分别测出滑块的加速度，描点作图画出加速度a与砝码盘中砝码个数N的关系图像，如图乙所示。图像没有经过原点，产生的原因为______；
（3）通过图像可求得滑块的质量M＝______kg，砝码盘的质量______ kg。（均保留两位小数）
11．用如图甲所示的装置探究加速度与质量的关系，把右端带有滑轮的长木板放在实验桌上，小车的左端连接穿过打点计时器的纸带，右端连接细线，细线绕过定滑轮挂有托盘和砝码，通过垫块调节木板左端高度平衡摩擦力。
（1）下列实验操作正确的有___________。
A．先释放小车后接通电源 B．调整定滑轮使细线与长木板平行
C．平衡摩擦力时必须移去纸带 D．平衡摩擦力时必须移去托盘和砝码
（2）某次实验打出的一条纸带如图乙所示，测得计数点1、2、3、4与0计数点间的距离分别为x1=3.60 cm、x2=9.61 cm、x3=18.01 cm、x4=28.81 cm。已知打点计时器打点周期为0.02 s，相邻计数点间有四个点未画出，则小车的加速度a=___________ m/s2（结果保留三位有效数字）。
（3）实验中保持托盘和砝码的总质量不变，改变小车和车内沙子的总质量M，进行实验打出纸带，算出相应的加速度a，数据描在图丙中，请在图丙中根据描出的点作出a-图像___________；由图像可得出的结论是___________。
参考答案：
C2．B3．B4．B5．B6．AD7．BCD
8． C 取下
9． 需要 正比
10． 砝码盘有一定质量 0.93 0.01
11． BD 2.40 在托盘和砝码的总质量远小于小车和车内沙子的总质量M的情况下，合力一定时，小车和车内沙子的加速度a与质量M成反比
打点计时器
纸带
a
1/M
0
a
F
试卷第1页，共3页
试卷第1页，共3页