5.2 实验 探究加速度与力、质量的关系 学案（含答案）

第2节 科学探究：加速度与力、质量的关系
一、探究目标
1.学会用控制变量法研究物理规律.
2.探究加速度与力、质量的关系.
3.掌握利用图象处理数据的方法.
二、实验原理
1．实验装置如图：
【思考】
2．物体的加速度同时跟力与质量两个因素有关，实验中应采用什么办法探究？
3．本实验中质量为M的研究对象是哪个物体？它的合力又是如何找到的呢？
【探究问题一】在本实验中，怎样测量物体的加速度？
【探究问题二】可不可以把绳子的拉力当做小车的合力？条件是什么？
【探究问题三】绳子的拉力等不等于所挂重物的重力？应满足什么条件？
三、实验器材
小车、砝码、小桶、砂子、细绳、附有定滑轮的长木板、垫木、打点计时器、低压交流电源、导线、纸带、天平、米尺.
四、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．按右图所示的装置把实验器材安装好。
3． 。
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
1
2
3
4
5
6
拉力F/N
小车加速度a/(m·s－2)
7．用纵坐标表示加速度，横坐标表示作用力，根据实验结果画出小车运动的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－图象，从而得出a－M的关系。
次数
1
2
3
4
5
6
小车加速度a/(m·s－2)
小车质量M/kg
/kg－1
【例1 】在“探究加速度与力、质量的关系”实验中，关于小车所受的合力，下列叙述中正确的是
A．小车所受合力就是所挂小桶和砂的总重力
B．小车所受合力的大小等于小桶和砂通过细绳对小车所施加的拉力
C．只有平衡摩擦力后，小车所受合力才等于细绳对小车的拉力
D．只有平衡摩擦力后，且小车的质量M远大于小桶和砂的总质量m时，小车所受合力可以认为等于小桶和砂的总重力
【例2 】如图是根据探究加速度与力的关系的实验数据描绘的a－F图象，下列说法正确的是
A．三条倾斜直线所对应的小车的质量相同
B．三条倾斜直线所对应的小车的质量不同
Ｃ.直线１所对应的小车质量最大
Ｄ.直线３所对应的小车质量最大
【课堂练习】
1.某实验小组的几名同学在探究加速度与物体的质量以及外力关系的实验中，当物体的质量一定时，分别根据实验数据画出了不同的实验图象，如图所示，下列说法中分析正确的是
A．形成图甲的原因是平衡摩擦力时长木板倾角过大
B．形成图甲的原因是平衡摩擦力时长木板倾角过小
C．形成图乙的原因是平衡摩擦力时长木板倾角过大
D．形成图乙的原因是平衡摩擦力时长木板倾角过小
2. 某小组“探究加速度与力、质量的关系”的实验装置如下图，长木板固定在水平桌面上，一端装有定滑轮；木板上有一滑块，其一端与电磁打点计时器的纸带相连，另一端通过跨过定滑轮的细线与托盘连接。
（1）该小组研究加速度和拉力关系时，得到的图象将会是图
/
/
（2）下图给出的是实验中获取的一条纸带的一部分：1、2、3、4、5、6、7是计数点，每相邻两计数点间还有4个打点（图中未标出），计数点间的距离如图所示。根据图中数据计算的加速度a＝ m/s2（保留三位有效数字）。
/
（3）某同学在研究加速度和质量关系时，记录下如下数据，请在下面的坐标纸中选择合理的坐标，描出相关图线，并可以由图线得到实验结论： 。
次数
1
2
3
4
5
质量m/g
200
300
400
500
600
加速度a/m˙s－2
1.00
0.67
0.50
0.40
0.33
/

参考答案
二、【思考】
2．采用控制变量法的办法探究
3．本实验中质量为M的研究对象是小车及车内的砝码，它的合力大小认为等于细线下所悬挂重物的重力（条件是所悬挂重物的质量远小于小车的质量）
【探究问题一】通过测量打点计时器打出的纸袋的位移，用逐差法求其加速度。
【探究问题二】 可以把绳子的拉力当做小车的合力，条件是必须平衡摩擦力
【探究问题三】绳子的拉力不等于所挂重物的重力，当满足所悬挂重物的质量远远小于小车的质量 时，才认为绳子的拉力等于所挂重物的重力
四、3、平衡摩擦力：在木板无滑轮的一端下面放一垫木，反复移动其位置，知道打点计时器正常工作后，不挂时砂桶的小车在斜面上做匀速直线运动为止（纸带上相邻点间的距离相等）
【例1 】CD 【例2 】BD
【课堂练习】1.AD
（1）B；（2）0.500；（3）如下图所示；在外力一定的情况下，物体加速度与质量成反比
/
解析：（1）由于没有平衡摩擦力，所以当存在拉力F时，物体的加速度为零，应该选B；
（2）根据△x＝aT2得，运用逐差法有
＝0.500m/s2
（3）根据表中实验数据在坐标系中描出对应的点，然后作出图象，如图所示。