實驗：探究加速度與力、質(zhì)量的關系 導學案.doc

實驗：探究加速度與力、質(zhì)量的關系【學習目標】1.學會用“控制變量法”探究加速度與力、質(zhì)量的定量關系.2.會用圖象表示加速度與質(zhì)量、加速度與力之間的關系【課前預習案】1實驗器材：小車、砝碼、小桶、砂、細線、一端附有定滑輪的長木板、墊木、打點計時器、 、紙帶、 、 2實驗原理：實驗的基本思想控制變量法(1)保持研究對象即小車的質(zhì)量不變，改變小桶內(nèi)砂的質(zhì)量，即改變 ，測出小車的對應加速度，驗證加速度是否與作用力成正比(2)保持小桶中砂的質(zhì)量不變，即保持 不變，改變研究對象的質(zhì)量，測出對應不同質(zhì)量的加速度，驗證加速度是否與質(zhì)量成反比想一想：實驗中小車的加速度怎樣得到？【課堂探究案】【典型例題】一、實驗方案的設計1三個物理量的測量方法體會近似法本實驗的研究對象：放在“光滑”“水平面”上的小車 (裝置如圖421所示)(1)小車質(zhì)量的測量：利用天平測出，在小車上增減砝碼可改變小車的質(zhì)量(2)拉力的測量：當小桶和砂的質(zhì)量遠小于小車質(zhì)量的情況下，可以認為小桶和砂的重力近似等于小車所受的拉力(合外力)，即Fmg.(3)加速度的測量：由紙帶根據(jù)公式xaT2，結合逐差法計算出小車的加速度2實驗數(shù)據(jù)的處理方法圖象法、“化曲為直”法(1)研究加速度a和力F的關系以加速度a為縱坐標，以力F為橫坐標，根據(jù)測量數(shù)據(jù)描點，然后作出圖象，如圖422所示，若圖象是一條通過原點的直線，就能說明a與F成正比(2)研究加速度a與質(zhì)量m的關系如圖423所示，因為am圖象是曲線，檢查am圖象是不是雙曲線，就能判斷它們之間是不是反比例關系，但檢查這條曲線是不是雙曲線，相當困難若a和m成反比，則a與必成正比我們采取“化曲為直”的方法，以a為縱坐標，以為橫坐標，作出a圖象，若a圖象是一條直線，說明a與成正比，即a與m成反比圖423二、實驗步驟1用天平測出小車的質(zhì)量M，并把數(shù)值記錄下來2按圖424所示的裝置把實驗器材安裝好(小車上先不系繩)圖4243平衡摩擦力：在長木板不帶定滑輪的一端下面墊一木塊，反復移動木塊位置，直到輕推小車在斜面上運動時可保持勻速直線運動為止(紙帶上相鄰點間距相等)4在小桶里放入適量的砂，通過細繩系在小車上，在小車上加放適量的砝碼，用天平測出小桶和砂的質(zhì)量m，記錄下來接通電源，放開小車，待打點計時器在紙帶上打好點后取下紙帶，并設計表格如下5.保持小車的質(zhì)量不變，改變砂和小桶的質(zhì)量，按步驟4再做5次實驗6在每條紙帶上選取一段比較理想的部分，算出每條紙帶對應的加速度的值，填入表格中7用縱坐標表示加速度，橫坐標表示作用力，根據(jù)實驗結果畫出小車運動的aF圖象，從而得出aF的關系8保持砂和小桶的質(zhì)量不變，在小車上加放砝碼，重復上面的實驗，求出相應的加速度，并設計表格如下根據(jù)實驗結果畫出小車運動的a圖象，從而得出aM的關系9.整理實驗器材，結束實驗三、誤差分析1托盤和砝碼的總重力約等于小車所受的合外力，但會帶來一定的誤差小車的質(zhì)量與砂桶和砂的總質(zhì)量相差越大，這種誤差越小2為減小長度測量時的偶然誤差，可進行多次測量取平均值3沒有平衡摩擦力或摩擦力平衡不好，實驗中作出的aF或a圖象不過原點四、注意事項1實驗中小車靠近打點計時器且應先接通電源后釋放小車2在平衡摩擦力時，不要懸掛小桶，但小車應連著紙帶且接通電源用手輕輕地給小車一個初速度，如果在紙帶上打出的點的間隔均勻，表明小車受到的阻力跟它受到的重力沿斜面向下的分力平衡3改變砂的質(zhì)量過程中，要始終保證砂桶(包括砂)的質(zhì)量遠小于小車的質(zhì)量4作圖時應使所作的直線通過盡可能多的點，不在直線上的點也要盡可能的對稱分布在直線的兩側，但若遇到個別偏離較遠的點可舍去例1用如圖425所示的裝置研究在作用力F一定時，小車的加速度a與小車質(zhì)量M的關系，某位同學設計的實驗步驟如下：A用天平稱出小車和小桶及內(nèi)部所裝砂子的質(zhì)量；B按圖裝好實驗器材；C把輕繩系在小車上并繞過定滑輪懸掛砂桶；D將電磁打點計時器接在6 V電壓的蓄電池上，接通電源，放開小車，打點計時器在紙帶上打下一系列點，并在紙帶上標明小車質(zhì)量；E保持小桶及其中砂子的質(zhì)量不變，增加小車上的砝碼個數(shù)，并記錄每次增加后的M值，重復上述實驗；F分析每條紙帶，測量并計算出加速度的值；G作aM關系圖象，并由圖象確定aM關系(1)該同學漏掉的重要實驗步驟是_，該步驟應排在_步實驗之后(2)在上述步驟中，有錯誤的是_，應把_改為_(3)在上述步驟中，處理不恰當?shù)氖莀，應把_改為_例2在“探究加速度與力、質(zhì)量的關系”活動中，某小組設計了如圖426所示的實驗裝置圖中上下兩層水平軌道表面光滑，兩小車前端系上細線，細線跨過滑輪并掛上砝碼盤，兩小車尾部細線連到控制裝置上，實驗時通過控制裝置使兩小車同時開始運動，然后同時停止(1)在安裝實驗裝置時，應調(diào)整滑輪的高度，使_；在實驗時，為減小系統(tǒng)誤差，應使砝碼盤和砝碼的總質(zhì)量_(選填“遠大于”“遠小于”或“等于”)小車的質(zhì)量(2)本實驗通過比較兩小車的位移來比較小車加速度的大小，能這樣比較，是因為_.(3)實驗中獲得數(shù)據(jù)如下表所示：小車、的質(zhì)量均為200 g.在第1次實驗中小車從A點運動到B點的位移如圖427所示，請將測量結果填到表中空格處通過分析，可知表中第_次實驗數(shù)據(jù)存在明顯錯誤，應舍棄圖427例3“探究加速度與力、質(zhì)量的關系”的實驗裝置如圖428甲所示(1)在平衡小車與桌面之間摩擦力的過程中，打出了一條紙帶如圖428乙所示計時器打點的時間間隔為0.02 s從比較清晰的點起，每5個點取一個計數(shù)點，量出相鄰計數(shù)點之間的距離該小車的加速度大小a_m/s2.(結果保留兩位有效數(shù)字)(2)平衡摩擦力后，將5個相同的砝碼都放在小車上掛上砝碼盤，然后每次從小車上取一個砝碼添加到砝碼盤中，測量小車的加速度小車的加速度a與砝碼盤中砝碼總重力F的實驗數(shù)據(jù)如下表：請根據(jù)實驗數(shù)據(jù)在圖429中作出aF的關系圖象(3)根據(jù)提供的實驗數(shù)據(jù)作出的aF圖線不通過原點，請說明主要原因【當堂檢測】在探究加速度與力、質(zhì)量的關系實驗中，小車及車中砝碼的質(zhì)量用M表示，盤及盤中砝碼的質(zhì)量用m表示，小車的加速度可由小車后拖動的紙帶打上的點計算出(1)當M與m的大小關系滿足_時，才可以認為繩對小車的拉力大小等于盤及盤中砝碼的重力(2)一組同學在做加速度與質(zhì)量的關系實驗時，保持盤及盤中砝碼的質(zhì)量一定，改變小車及車中砝碼的質(zhì)量，測出相應的加速度，采用圖象法處理數(shù)據(jù)為了比較容易地觀測加速度a與質(zhì)量M的關系，應該做a與_的圖象圖4211(3)乙、丙同學用同一裝置做實驗，畫出了各自得到的a圖線如圖4211所示，兩個同學做實驗時的盤及盤中砝碼的質(zhì)量m乙_(填“大于”“小于”或“等于”)m丙【課后訓練】1在利用打點計時器探究加速度與力、質(zhì)量關系的實驗中，以下做法正確的是()A平衡摩擦力時，應將重物用細繩通過定滑輪系在小車上B每次改變小車的質(zhì)量時，不需要重新平衡摩擦力C實驗時，先放開小車，后接通電源D“重物的質(zhì)量遠小于小車的質(zhì)量”這一條件如不滿足，對探究過程也不會產(chǎn)生影響2如圖4212所示，在探究加速度和力、質(zhì)量關系的實驗中，若1、2兩個相同的小車所受拉力分別為F1、F2，車中所放砝碼的質(zhì)量分別為m1、m2，打開夾子后經(jīng)過相同的時間兩車的位移分別為x1、x2，則在實驗誤差允許的范圍內(nèi)，有()A當m1m2、F12F2時，x12x2B當m1m2、F12F2時，x22x1C當F1F2、m12m2時，x12x2D當F1F2、m12m2時，x22x13如圖4213是某些同學根據(jù)實驗數(shù)據(jù)畫出的圖象，下列說法中正確的是()圖4213A甲和乙較好地把握了實驗條件M遠大于mB丙和丁沒有把握好實驗條件M遠大于mC甲同學長木板的傾角太小，而乙同學長木板的傾角太大D甲、乙、丙三同學中，丙較好地完成了平衡摩擦力的操作4如圖4214所示，是某次利用氣墊導軌探究加速度與力、質(zhì)量關系的實驗裝置安裝完畢后的示意圖，圖中A為沙桶和沙，B為定滑輪，C為滑塊及上面添加的砝碼，D為紙帶，E為電火花計時器，F(xiàn)為蓄電池，電壓為6 V，G是電鍵，請指出圖中的三處錯誤：圖4214(1)_；(2)_；(3)_5某同學設計了一個“探究加速度與物體所受合力及質(zhì)量的關系”實驗如圖4215所示為實驗裝置簡圖，A為小車，B為電火花計時器，C為裝有砝碼的小桶，D為一端帶有定滑輪的長方形木板電源頻率50 Hz.圖4215(1)在實驗中必須平衡摩擦力，以小車_所受重力的沿斜面向下的分力平衡摩擦力，當小車做_運動時，摩擦力恰好被平衡；之后可認為細繩對小車的拉力F等于砝碼和小桶的總重力，需滿足的條件是_(2)圖4216為某次實驗得到的紙帶(紙帶上的點為實際打下的點)，根據(jù)圖中的紙帶和相關數(shù)據(jù)可求出小車的加速度大小a_m/s2.(結果取兩位有效數(shù)字)圖4216(3)在“探究加速度與質(zhì)量的關系”時，保持砝碼和小桶質(zhì)量不變，改變小車質(zhì)量M，分別得到小車加速度a與質(zhì)量M的數(shù)據(jù)如下表：根據(jù)上表數(shù)據(jù)，為直觀反映F不變時a與M的關系，請在圖4217所示方格坐標紙中選擇恰當?shù)奈锢砹拷⒆鴺讼担⒆鞒鰣D線(如有需要，可利用上表中空格)圖42176.如圖4218甲所示，為“用DIS(位移傳感器、數(shù)據(jù)采集器、計算機)研究加速度和力的關系”的實驗裝置圖4218(1)在該實驗中必須采用控制變量法，應保持_不變，用鉤碼所受的重力大小作為_，用DIS測小車的加速度(2)改變所掛鉤碼的數(shù)量，多次重復測量在某次實驗中根據(jù)測得的多組數(shù)據(jù)可畫出aF關系圖線(如圖乙所示)分析此圖線OA段可得出的實驗結論是_(3)此圖線的AB段明顯偏離直線，造成此誤差的主要原因是()A小車與軌道之間存在摩擦B導軌保持了水平狀態(tài)C所掛鉤碼的總質(zhì)量太大D所用小車的質(zhì)量太大7某同學設計了用光電門傳感器“探究小車的加速度a與小車所受拉力F及質(zhì)量M關系”的實驗圖4219(1)如圖4219甲所示，在小車上固定寬度為L的擋光片，將兩個光電門傳感器固定在相距為d的軌道上，釋放小車，傳感器記錄下小車經(jīng)過光電門的時間t1、t2，可以測得小車的加速度a_(用題中的符號L、d、t1、t2表示)(2)在該實驗中必須采用_法(填物理方法)，應保持_不變，通過改變鉤碼的個數(shù)來改變小車所受的拉力大小，研究加速度a隨拉力F變化的規(guī)律(3)甲同學由于實驗時沒有注意始終滿足Mm的條件(m為鉤碼和盤的質(zhì)量)，結果得到的圖象應是下圖中的_(4)乙、丙兩名同學用同一裝置做實驗，畫出了各自得到的aF圖線如圖乙所示，兩個同學做實驗時的哪一個物理量取值不同？_.8.某同學設計了如圖4220所示的裝置來探究加速度與力的關系彈簧秤固定在一合適的木板上，桌面的右邊緣固定一支表面光滑的鉛筆以代替定滑輪，細繩的兩端分別與彈簧秤的掛鉤和礦泉水瓶連接在桌面上畫出兩條平行線MN、PQ，并測出間距d.開始時將木板置于MN處，現(xiàn)緩慢向瓶中加水，直到木板剛剛開始運動為止，記下彈簧秤的示數(shù)F0，以此表示滑動摩擦力的大小再將木板放回原處并按住，繼續(xù)向瓶中加水后，記下彈簧秤的示數(shù)F