2014年秋高中物理必修一（新人教版）：第四章第2节实验：探究加速度与力、质量的关系课时学案

第2节 实验：探究加速度与力、质量的关系
1.学会用控制变量法探究物理规律。
2.学会由实验结果得出结论。
3.探究加速度与力、质量的关系。
1.实验的基本思路：探究加速度与力的定量 ( http: / / www.21cnjy.com )关系时，应保持物体 不变，测量物体在 下的加速度;探究加速度与质量的定量关系时，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：
(1)需要测量的物理量有： 、 、 。
(2)测量加速度的方法：①【公式法】初速度 ( http: / / www.21cnjy.com )为0的匀加速直线运动，测出时间和位移，利用公式 ，计算出加速度;②【打点计时器法】利用打出的纸带，利用公式 ，计算出加速度;③【比较法】两个初速度为0的匀加速直线运动，在相等的时间内位移与加速度的关系为 ，这样测出位移就可以知道加速度的比值了。
(3)实验中用小盘和重物的重力代替物体所受的合力(即产生加速度的力)，要使小车所受的合力近似等于小盘和重物的拉力，必须做到：
①小盘和重物的质量比小车的质量 很多。
②让木板未安定滑轮的那一端垫高，使重力沿斜面方向的分力 小车运动时受到的阻力。
3.实验结论的得出：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 图像和 图像，都应是过原点的直线。
1.(单选)为了更直观地反映物体的加速度 QUOTE http://www.21cnjy.com/ ( http: / / www.21cnjy.com ) 与物体质量的关系，往往用二者的关系图像表示出来，该关系图像应选用( )
A.图像 B.图像
C.图像 D.图像
2.(多选)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、纸带所受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像，是为了减小误差
D.实验结果采用坐标作图，是为了便于根据图像直观地作出判断
3.(多选)在利用打点计时器完成“探究加速度与力、质量的关系”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
1.物体的加速度与物体的质量和它受到的力有关，到底存在怎样的关系，请同学们通过一些实例定性地说明它们之间的关系。
2.加速度的大小与物体的受力和物体的质量有关，那么我们应用什么方法来研究加速度的大小与物体的受力和物体的质量之间的定量关系呢？
3.研究物理量之间的关系常用的方法是控制变量法，根据问题2总结什么叫控制变量法？
一、加速度与力的关系
阅读教材第71~72页“加速度与力的关系”，回答以下两个问题：
(1)实验的基本思路是什么？
(2)阐述实验数据的分析方法。
二、加速度与质量的关系
阅读教材第72页“加速度与质量的关系”回答以下两个问题：
(1)实验的基本思路是什么？
(2)阐述实验数据的分析方法。
三、制定实验方案时的两个问题
1.用如图4-2-1所示的装置：在一端有滑 ( http: / / www.21cnjy.com )轮的长木板上，放一小车，通过细绳拉小车。请同学根据已有的知识思考讨论：怎样测量(或比较)物体的加速度，并简要说明其方法。
2.小车的加速度我们可以直接测出，如果不直接测出加速度，我们能否找出加速度与其他量的比例关系？并说明解决方案？
3.我们采用通过滑轮用钩码 ( http: / / www.21cnjy.com )拉车的办法给小车提供拉力，但是钩码所受的重力并不等于细线对小车的拉力，在什么条件下钩码所受的重力才近似等于小车的拉力？
4.小车在运动时还受到木板对它的滑动摩擦力，那么如何“消除”滑动摩擦力，使物体所受的拉力尽可能接近钩码的重力呢？
四、怎样由实验结果得出结论
1.我们通过实验可以猜想：，，根据数学知识，我们如何能够直观、形象地说明这一结论？
2.根据图像和图像说明加速度与力、质量的关系。
例1 某同学在探究牛顿第二定律的实验中，在物体所受合外力不变时，改变物体的质量，得到的数据如下表所示。
数据记录表
实验序号 物体质量m/kg 物体的加速度a/(m·) 物体质量的倒数
1 0.20 0.78 5.00
2 0.40 0.38 2.50
3 0.60 0.25 1.67
4 0.80 0.20 1.25
5 1.00 0.16 1.00
(1)根据表中的数据，分别在图4-2-2甲和乙中描出相应的实验数据点，并作出图像和图像。
( http: / / www.21cnjy.com )甲 ( http: / / www.21cnjy.com )乙
图4-2-2
(2)由图像得出的结论为 ;由图像得出的结论为 。
例2 (2014·新课标卷Ⅰ高考)某同学利用图4-2-3(a)所示实验装置及数字化信息系统获得了小车加速度 QUOTE http://www.21cnjy.com/ ( http: / / www.21cnjy.com ) 与钩码的质量的对应关系图，如图(b)所示。实验中小车(含发射器)的质量为200 g，实验时选择了不可伸长的轻质细绳和轻定滑轮，小车的加速度由位移传感器及与之相连的计算机得到。回答下列问题：
( http: / / www.21cnjy.com )(a) ( http: / / www.21cnjy.com )(b)
图4-2-3
(1)根据该同学的结果，小车的加速度与钩码的质量成 (选填“线性”或“非线性”)关系。
(2)由图(b)可知，图线不经过原点，可能的原因是 。
(3)若利用本实验装置来验证“在小车质量不变的情况下，小车的加速度与作用力成正比”的结论，并直接以钩码所受重力作为小车受到的合外力，则实验中应采取的改进措施是 ，钩码的质量应满足的条件是 。
1.在采用如图4-2-4所示的实验装置 ( http: / / www.21cnjy.com )探究加速度与力、质量的关系时，按实验要求安装好器材后，应按一定的步骤进行实验，下列给出供选择的操作步骤：
A.保持小盘和重物的质量不变，在小车里加砝码，测出加速度，重复几次
B.保持小车质量不变，改变小盘中重物的质量，测出加速度，重复几次
C.用天平测出小车、小盘和重物的质量
D.在长木板没有定滑轮的一端垫上厚度合适的垫木，平衡摩擦力
E.根据测出的数据，分别画出加速度和力的关系图线及加速度和质量的倒数的关系图线
F.用秒表测出小车运动的时间
G.将放有重物的小盘用细线通过定滑轮系到小车上，接通电源，释放小车，在纸带上打出一系列的点
以上步骤中，不必要的步骤是 ，正确步骤的合理顺序是 。(填写字母代号)
2.(多选)在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中，关于平衡摩擦力的说法中正确的是( )
A.“平衡摩擦力”的本质就是想法让小车受到的摩擦力为0
B.“平衡摩擦力”的本质就是使小车所受的重力沿斜面方向的分力与所受到的摩擦阻力相平衡
C. “平衡摩擦力”的目的就是要使小车所受的合力等于所挂重物通过细绳对小车施加的拉力
D.“平衡摩擦力”是否成功，可让小车拖动纸带运动，由打点计时器打出的纸带上的点迹间距是否均匀来确定
3.(单选)在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中，我们利用了“控制变量法”。在保持外力不变的情况下，由实验得出图像是通过原点的一条直线，这说明( )
A.物体的加速度大小与物体的质量成正比
B.物体的加速度大小与物体的质量成反比
C.物体的质量与物体的加速度大小成正比
D.物体的质量与物体的加速度大小成反比
4.在做“探究加速度与力、质量的关系”的实验时，计算出各纸带的加速度后，将测得的反映加速度a和力F关系的有关资料记录在表1中。将测得的反映加速度 QUOTE http://www.21cnjy.com/ ( http: / / www.21cnjy.com ) 和质量关系的有关资料记录在表2中。
表1
QUOTE http://www.21cnjy.com/ ( http: / / www.21cnjy.com ) /(m·) 1.98 4.06 5.95 8.12
QUOTE http://www.21cnjy.com/ ( http: / / www.21cnjy.com ) /N 1.00 2.00 3.00 4.00
表2
a/(m·) 2.04 2.66 3.23 3.98
0.50 0.67 0.80 1.00
(1)根据表中所列数据，分别画出图像和图像。
(2)从图像可以判定：当一定时， QUOTE http://www.21cnjy.com/ ( http: / / www.21cnjy.com ) 与的关系为 ;当 QUOTE http://www.21cnjy.com/ ( http: / / www.21cnjy.com ) 一定时，与的关系为 。
1.利用重物拉小车，探究 QUOTE http://www.21cnjy.com/ ( http: / / www.21cnjy.com ) 与的关系时，如何解决摩擦力问题？
2.在探究加速度与力、质量关系的实 ( http: / / www.21cnjy.com )验中，测量(或比较)加速度是关键。那么，如何测量(或比较)加速度呢？根据你已有的知识提出测量加速度的一些设想。
自我检测参考答案
1.C 2.ABCD 3.BC
图4-2-1
图4-2-4