(2019新教材)2020-2021學年教科版物理必修第一冊：4.2探究加速度與力、質(zhì)量的關系-學案

1、探究加速度與力、質(zhì)量的關系 【學習目標】 1 1 設計探究加速度、質(zhì)量、力三者之間關系的探究方案。 2 2會測量加速度、質(zhì)量、力；并作出 a a 與 F F, a a 與 m m 的關系的圖像，能根據(jù)圖像寫出 a a 與 F F、m m 的關系式。 3 3 體會探究過程中所用的科學方法 一一控制變量法，學習科學家的嚴謹態(tài)度。 【學習重點】 1.1. 設計探究加速度、力、質(zhì)量三者關系的探究方案。 22根據(jù)實驗數(shù)據(jù)利用圖像法處理，會做圖像，會根據(jù)圖像建立速度、外力、質(zhì)量的關系。 【學習難點】 1 1 怎樣測量加速度。 2 2 怎樣提供和測量物體受到的力。 【學習過程】 一、 影響物體加速度的因素

2、加速度是表示物體運動狀態(tài) _ 的物理量，根據(jù)事實經(jīng)驗，加速度與物體的 _ 有關，物體 _ 定時，質(zhì)量越小，加速度就越大；加速度還與物體 _ 的大小有關， 物體 _ 定時，受力越大，其加速度越大。 二、 探究 a a 與 F F、m m 之間的定量關系 加速度 a a 與質(zhì)量 m m，受力 F F 都有關系，研究它們之間的關系時，先保持 _ 變，測 量物體在 _ 的力的作用下的加速度，分析加速度與力的關系。再保持物體所受的力 _ ，測量不同 _ 的物體在該力作用下的加速度，分析加速度與質(zhì)量的關系。 這種 先控制一種參量不變，研究其余參量之間的變化關系的方法叫控制變量法。 （一） 實驗原理： 1

3、1 保持研究對象即小車的質(zhì)量不變，改變沙桶內(nèi)沙的質(zhì)量，即改變牽引力測出小車對應 的加速度，用圖像法驗證加速度是否正比于作用力； 2 2保持沙桶內(nèi)沙的質(zhì)量不變，改變研究對象的質(zhì)量，即往小車內(nèi)加砝碼，用電磁打點計 時器測量出小車的對應加速度，用圖像法驗證加速度是否反比于質(zhì)量。 （二） 實驗器材： 附有定滑輪的長木板、薄木板、小車、細線、小桶及沙、打點計時器、低壓交流電源、導 （三）實驗步驟： 1 1 用天平測量出小車和小桶的質(zhì)量分別為 M M 和M，并把數(shù)值記錄下來。 2 2 如圖所示安裝實驗器材，只是不把懸掛小桶的細線系在小車上，即不給小車施加牽引 力。 3 3 平衡摩擦力：在長木板的不帶定滑輪

4、的一端下面墊薄木板并反復移動其位置，直到在 打點計時器正常工作后，小車在斜面上運動時可以保持勻速直線運動狀態(tài)為止（紙帶上相鄰點 間距相等）。 4.4. 記錄小車內(nèi)所加砝碼的質(zhì)量 m m，稱好沙子的質(zhì)量 m 后將沙倒入小桶，把細繩系在小車 上并繞過滑輪懸掛小桶，此時要調(diào)整定滑輪的高度使繩與木板平行，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做好標記。 5.5. 保持小車總質(zhì)量不變，改變沙的質(zhì)量 m （用天平稱量），按照步驟 4 4 的方法打好紙帶 并做好標記。 6.6. 在每條紙帶上都選取一段比較理想的部分，算出加速度的值。 用縱坐標表示加速度，橫坐標表示作用力（即沙和桶的總重

5、力） ，根據(jù)實驗結果描出相應 的點，如這些點在一條直線上，便證明了加速度與作用力成正比。 7.7. 保持沙和桶的質(zhì)量不變，在小車上加放砝碼（并記錄），重復上面的實驗步驟，求出相 1 應的加速度，用縱坐標表示加速度，橫坐標表示質(zhì)量的倒數(shù) M m，根據(jù)實驗結果描出相應 的點，如果這些點在一條直線上，就證明了加速度與質(zhì)量成反比 （四）注意事項： 1.1. 實驗步驟 1 1 與 2 2、3 3 不需重復，即整個實驗平衡了摩擦力后，不管以后是改變沙和小桶 的質(zhì)量還是改變小車及砝碼的質(zhì)量，都不需要重新平衡摩擦力，平衡摩擦力是指小車所受動力 （重力沿斜面分力）與小車所受阻力（包括小車所受摩擦力和打點計時器對

6、小車后所拖紙帶的 摩擦力）大小相等，實驗中，應在小車后拖上紙帶，先接通電源，再用手給小車一個初速度， 若在紙帶上打出的點的間隔基本相等，才表明平衡了摩擦力，否則必須重新調(diào)整薄木板的位置。 2 2 平衡摩擦力后，每條紙帶必須滿足小車加砝碼的質(zhì)量大于沙和小桶的質(zhì)量的條件下進 行，只有如 線、天平（附砝碼） 此，沙和小桶的總重力才可視為小車所受的拉力。 3 3 改變拉力和小車質(zhì)量后，每次開始時小車應盡量靠近打點計時器，并應先接通 _ ， 再放開小車，且在小車到達滑輪前應按住小車。 4.4. 各紙帶上的加速度 a a 都應是該紙帶上的平均加速度。 5 5作圖像時，要使盡可能多的點在所在直線上，不在直線

7、上的點應盡可能對稱分布在所 作直線 。 （五） 誤差分析： 1.1. 沙和小桶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)量與沙 和小桶的 _ 目差越大，這種誤差越小。 2.2. _ 為減小長度測量時的偶然誤差，可進行 _ 平均值。 3.3. _ 沒有平衡摩擦力或摩擦力沒有平衡好，實驗中做出的圖像不過 _ 。 （六） 分組討論： 分組討論 1 1: 1.1. 在采用如圖（圖見“實驗步驟”部分）所示的實驗探究加速度和力、質(zhì)量的關系時， 按實驗要求安裝好器材后，應按一定的實驗步驟進行實驗，下列給出供選擇的操作步驟： A A .保持小桶和沙子的質(zhì)量不變，在小車里加砝碼，測出加速度，重

8、復幾次； B B .保持小車的質(zhì)量不變，改變小桶里沙子的質(zhì)量，測出加速度，重復幾次； C C.用天平測出小車和沙子的質(zhì)量； D D .在長木板沒有定滑輪的一端墊上厚度合適的墊木，平衡摩擦力； E.E. 根據(jù)測出的數(shù)據(jù)，分別畫出加速度和力的關系圖線及加速度和質(zhì)量的倒數(shù)關系圖線； F.F. 用秒表測出小車運動的時間； G.G. 將裝有沙子的小桶用細線通過定滑輪系到小車上，接通電源，釋放小車，在紙帶上打 出一系列的點。 以上步驟中，不必要的步驟是 _正確步驟的合理順序是 _ 。（填 寫字母） 2.2. 如果a 1圖像是通過原點的一條直線，則說明（ ） m A A .物體的加速度 a a 與質(zhì)量 m

9、m 成正比 B B .物體的加速度 a a 與質(zhì)量 m m 成反比 C C.物體的質(zhì)量 m m 與加速度 a a 成正比 D D物體的質(zhì)量 m m 與加速度 a a 成反比 分組討論 2 2： 3 3在探究加速度與力、質(zhì)量的關系的實驗中，以下操作正確的是( ) A A 平衡摩擦力時，應將重物用細線通過定滑輪系在小車上 B B 平衡摩擦力時，應將紙帶連接在小車上并穿過打點計時器 C C.每次改變小車的質(zhì)量時，不需要重新平衡摩擦力 D D 實驗時，應先釋放小車，后接通電源 4 4 如圖是根據(jù)探究加速度與力的關系的實驗數(shù)據(jù)描繪的 a F圖像，下列說法正確的說 ( ) A A 三條傾斜直線所對應的小車

10、和砝碼的質(zhì)量相同 B B 三條傾斜直線所對應的小車和砝碼的質(zhì)量不同 C C.直線 1 1 所對應的小車和砝碼的質(zhì)量最大 D D .直線 3 3 所對應的小車和砝碼的質(zhì)量最大 分組討論 3 3: 5.5. 在探究加速度與力、質(zhì)量的關系的實驗中， (1)(1) 為了消除小車與水平木板之間的摩擦力的影響，應采用什么做法? (2)(2) 在探究加速度與質(zhì)量的關系時，保持沙和小桶的質(zhì)量不變，改變小車的質(zhì)量 m，分 別得到小車的加速度 a a 與質(zhì)量m的數(shù)據(jù)如下表。 序號 1 1 2 2 3 3 4 4 5 5 小車的加速度 f m s-2 0.780.78 0.380.38 0.250.25 0.200.20 0.160.16 小車的質(zhì)量m/kg 0.200.20 0.400.40 0.600.60 0.800.80 1.001.00 (1(1)請根據(jù)實驗數(shù)據(jù)，畫出a 1 m圖像。 (2 2)在探究加速度與力的關系時，保持小車的質(zhì)量不變，改變小桶中沙的質(zhì)量，該同學 根據(jù)實驗數(shù)據(jù)作出了加速度 a a 與力 F F 的圖線，該圖線不過原點，試分析圖像不過原點的