4.2實(shí)驗(yàn)探究加速度與力質(zhì)量的關(guān)系（課件）高一物理

第四章運(yùn)動(dòng)和力的關(guān)系人教版必修第一冊(cè)4.2實(shí)驗(yàn)：探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系大單元

教學(xué)目標(biāo)1.明確影響加速度的兩個(gè)因素：質(zhì)量和力；2.學(xué)會(huì)測(cè)量物體的質(zhì)量、加速度和受到的力，通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系；3.會(huì)運(yùn)用圖像處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論；4.體會(huì)“控制變量法”對(duì)研究問(wèn)題的意義；大單元

知識(shí)解讀【情景引入】物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生改變速度發(fā)生了改變產(chǎn)生了加速度與力和質(zhì)量有關(guān)是否有關(guān)？加速度與力、質(zhì)量之間有什么樣的定量關(guān)系呢？大單元

知識(shí)解讀知識(shí)點(diǎn)一、探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系實(shí)驗(yàn)1．實(shí)驗(yàn)猜想對(duì)同一物體，人施加的推力越大，物體的加速度越大猜想：對(duì)于質(zhì)量一定的物體，受力越大，它獲得的加速度越大。經(jīng)驗(yàn)一：施加相同的力，被推物體

質(zhì)量越小，加速度越大猜想：同樣的力，施加在不同質(zhì)量的物體上，質(zhì)量越小的物體獲得的加速度越大經(jīng)驗(yàn)二：大單元

知識(shí)解讀知識(shí)點(diǎn)一、探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系實(shí)驗(yàn)2.實(shí)驗(yàn)思路（1）探究方法：控制變量法（2）基本思路

探究加速度與力的關(guān)系

保持質(zhì)量m不變，改變力F，分析a和力的關(guān)系探究加速度與質(zhì)量的關(guān)系

保持力F不變，改變質(zhì)量m，分析a和F的關(guān)系實(shí)驗(yàn)中需要測(cè)量哪些物理量？用什么測(cè)量工具，如何進(jìn)行測(cè)量？大單元

知識(shí)解讀知識(shí)點(diǎn)一、探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系實(shí)驗(yàn)3.物理量的測(cè)量可通過(guò)增減在小車上的砝碼的數(shù)量來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)小車質(zhì)量的改變。注意砝碼與槽碼的區(qū)別實(shí)驗(yàn)裝置（1）質(zhì)量-----天平測(cè)量大單元

知識(shí)解讀知識(shí)點(diǎn)一、探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系實(shí)驗(yàn)3.物理量的測(cè)量

（2）加速度

大單元

知識(shí)解讀知識(shí)點(diǎn)一、探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系實(shí)驗(yàn)3.物理量的測(cè)量（3）合力

如圖所示，用懸掛槽碼的方法為小車提供拉力，把木板的一段墊高，當(dāng)重力沿木板向下的分力與阻力平衡時(shí)，小車受到的阻力得到補(bǔ)償，小車所受繩的拉力即為小車所受到的合外力，測(cè)出槽碼的總重力，它近等于小車運(yùn)動(dòng)時(shí)所收到的合外力。近似條件：槽碼的質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量大單元

知識(shí)解讀知識(shí)點(diǎn)一、探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系實(shí)驗(yàn)4.實(shí)驗(yàn)步驟（1）測(cè)量：用天平測(cè)量小盤(pán)和砝碼的質(zhì)量m′和合力小車的質(zhì)量m.（2）安裝：按照如圖1所示裝置把實(shí)驗(yàn)器材安裝好，只是不把懸掛小盤(pán)的細(xì)繩系在小車上(即不給小車牽引力).(3)平衡摩擦力：在長(zhǎng)木板的不帶定滑輪的一端下面墊上一塊薄木塊，使小車能勻速下滑.大單元

知識(shí)解讀知識(shí)點(diǎn)一、探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系實(shí)驗(yàn)4.實(shí)驗(yàn)步驟

大單元

知識(shí)解讀知識(shí)點(diǎn)一、探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系實(shí)驗(yàn)5.數(shù)據(jù)處理（1）列表法將測(cè)得的F、x填入設(shè)計(jì)好的表格中，可以發(fā)現(xiàn)彈力F與彈簧伸長(zhǎng)量x的比值在誤差允許范圍內(nèi)是相等的.（2）圖象法以彈簧伸長(zhǎng)量x為橫坐標(biāo)，彈力F為縱坐標(biāo)，描出F、x各組數(shù)據(jù)相應(yīng)的點(diǎn)，作出的擬合曲線是一條過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)的直線.（3）函數(shù)法彈力F與彈簧伸長(zhǎng)量x滿足F＝kx的關(guān)系.大單元

知識(shí)解讀知識(shí)點(diǎn)一、探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系實(shí)驗(yàn)6.注意事項(xiàng)（1）平衡摩擦力：適當(dāng)墊高木板的右端，使小車的重力沿斜面方向的分力正好平衡小車和紙帶受到的阻力．在平衡摩擦力時(shí)，不要把懸掛小盤(pán)的細(xì)繩系在小車上，讓小車?yán)螯c(diǎn)的紙帶勻速運(yùn)動(dòng)．（2）不重復(fù)平衡摩擦力．（3）實(shí)驗(yàn)條件：m?m′.（4）一先一后一按：改變拉力和小車質(zhì)量后，每次開(kāi)始時(shí)小車應(yīng)盡量靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，并應(yīng)先接通電源，后釋放小車，且應(yīng)在小車到達(dá)定滑輪前按住小車．（5）作圖象時(shí)，要使盡可能多的點(diǎn)在所作直線上．不在直線上的點(diǎn)應(yīng)盡可能對(duì)稱分布在所作直線兩側(cè)．（6）作圖時(shí)兩軸標(biāo)度比例要選擇適當(dāng)．各量需采用國(guó)際單位．大單元

知識(shí)解讀知識(shí)點(diǎn)一、探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系實(shí)驗(yàn)7.誤差分析（1）系統(tǒng)誤差：本實(shí)驗(yàn)用小盤(pán)和砝碼的總重力m′g代替小車的拉力，而實(shí)際上小車所受的拉力要小于小盤(pán)和砝碼的總重力．（2）偶然誤差：摩擦力平衡不準(zhǔn)確、質(zhì)量測(cè)量不準(zhǔn)確、計(jì)數(shù)點(diǎn)間距測(cè)量不準(zhǔn)確、紙帶和細(xì)繩不嚴(yán)格與木板平行都會(huì)引起誤差．大單元

重難點(diǎn)拓展題型一：探究加速度與力、質(zhì)量的實(shí)驗(yàn)過(guò)程【例1】（1）在“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)中，用如圖所示的裝置研究在作用力F一定時(shí)，小車的加速度a與小車（含砝碼）質(zhì)量M的關(guān)系，甲同學(xué)設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)器材C．把輕繩系在小車上并繞過(guò)定滑輪懸掛小桶D．將電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器接在6V電壓的蓄電池上，接通電源，釋放小車，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上打下一系列點(diǎn)，并在紙帶上標(biāo)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(gè)數(shù)，并記錄每次增加后的M值，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)F．分析每條紙帶，測(cè)量并計(jì)算出加速度的值G．作a－M關(guān)系圖像，并由圖像確定a與M的關(guān)系

大單元

重難點(diǎn)拓展題型一：探究加速度與力、質(zhì)量的實(shí)驗(yàn)過(guò)程①甲同學(xué)漏掉的重要實(shí)驗(yàn)步驟是

，該步驟應(yīng)排在步驟之后。②在上述步驟中，有錯(cuò)誤的是步驟

，應(yīng)把

改為

。③在上述步驟中，處理不恰當(dāng)?shù)氖遣襟E

，應(yīng)把

改為

。（2）乙同學(xué)根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求安裝的實(shí)驗(yàn)裝置如圖（圖為已接通電源剛要釋放紙帶的情況），請(qǐng)改正乙同學(xué)的五個(gè)錯(cuò)誤。①電源

；②電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器位置

；③滑輪位置

；④小車位置

；⑤長(zhǎng)木板

。平衡摩擦力BD6V電壓的蓄電池6V以下的交流電源Ga—M圖像

6V以下的交流電源應(yīng)靠右端應(yīng)使細(xì)繩平行于木板應(yīng)靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器應(yīng)墊高右端以平衡摩擦力大單元

重難點(diǎn)拓展題型一：探究加速度與力、質(zhì)量的實(shí)驗(yàn)過(guò)程【變式】在“探究加速度和力、質(zhì)量的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)中，采用如圖所示的裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。（1）實(shí)驗(yàn)中，需要在木板的右端墊上一個(gè)小木塊，其目的是

。（2）實(shí)驗(yàn)中，已經(jīng)測(cè)出小車的質(zhì)量為M，砝碼（包括砝碼盤(pán)）的總質(zhì)量為m，若要將砝碼（包括砝碼盤(pán)）所受的總重力大小作為小車所受拉力F的大小，這樣做的前提條件是

。（3）下列說(shuō)法正確的是

。A．實(shí)驗(yàn)時(shí)，應(yīng)先接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源，再放開(kāi)小車B．小車應(yīng)在靠近滑輪處釋放C．先保持小車的質(zhì)量不變，研究加速度與力的關(guān)系；再保持小車受力不變，研究加速度與質(zhì)量的關(guān)系，最后歸納出加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系

平衡小車運(yùn)動(dòng)過(guò)程中受到的阻力

AC大單元

重難點(diǎn)拓展題型一：探究加速度與力、質(zhì)量的實(shí)驗(yàn)過(guò)程（4）保持小車受到的拉力不變，改變小車的質(zhì)量m，分別測(cè)得對(duì)應(yīng)的小車加速度a，如表所示。為了更好地得出“加速度與質(zhì)量的關(guān)系”的結(jié)論，作圖時(shí)應(yīng)選擇

。次數(shù)12345質(zhì)量m/kg0.250.290.330.400.50加速度a/(m·s-2)0.6180.5570.4820.4030.371質(zhì)量的倒數(shù)(kg-1)4.003.453.032.502.00

B大單元

重難點(diǎn)拓展題型二：實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理和誤差分析【例2】某同學(xué)設(shè)計(jì)了一個(gè)“探究加速度a與物體所受合力F及物體質(zhì)量m關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)，如圖所示為實(shí)驗(yàn)裝置簡(jiǎn)圖（交流電源的頻率為50Hz）。

（1）如圖所示為某次實(shí)驗(yàn)得到的紙帶，根據(jù)紙帶可求出小車的加速度大小為

m/s2（保留兩位有效數(shù)字）。

3.2大單元

重難點(diǎn)拓展題型二：實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理和誤差分析

請(qǐng)?jiān)谌鐖D所示的坐標(biāo)紙中畫(huà)出圖線，由圖線可得小車的加速度a與質(zhì)量的倒數(shù)之間的關(guān)系式為

。

大單元

重難點(diǎn)拓展題型二：實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理和誤差分析【變式】某興趣小組在探究小車加速度a與質(zhì)量m的關(guān)系實(shí)驗(yàn)中，平衡摩擦力后，得到的部分紙帶數(shù)據(jù)如圖所示，所用交變電流的頻率為50Hz，相鄰兩計(jì)數(shù)點(diǎn)間有四個(gè)點(diǎn)未畫(huà)出，根據(jù)圖中的數(shù)據(jù)，回答下列問(wèn)題：（1）打下點(diǎn)2時(shí)，小車的速度大小為

m/s，求出小車的加速度大小為

m/s2。（結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字）0.130.60

大單元

重難點(diǎn)拓展題型二：實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理和誤差分析（2）保持小車所受的拉力不變，改變小車質(zhì)量m，分別測(cè)出不同質(zhì)量時(shí)小車加速度a的數(shù)據(jù)如下表：

保持小車所受的拉力不變，，小車的加速度與小車的質(zhì)量成反比大單元

重難點(diǎn)拓展題型三：對(duì)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的原理的理解【例3】為了探究小車加速度與合力的關(guān)系，小明同學(xué)設(shè)計(jì)了如圖甲所示的實(shí)驗(yàn)裝置來(lái)測(cè)量。實(shí)驗(yàn)步驟如下：

①在水平桌面安裝實(shí)驗(yàn)器材，接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器電源，然后釋放小車；②砂桶下落過(guò)程中快速讀出彈簧測(cè)力計(jì)讀數(shù)F；③改變砂桶中砂的質(zhì)量，換用新的紙帶重復(fù)多次實(shí)驗(yàn)；④計(jì)算出不同紙帶對(duì)應(yīng)的加速度值；⑤用描點(diǎn)法作出a-F圖像。

大單元

重難點(diǎn)拓展題型三：對(duì)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的原理的理解（1）實(shí)驗(yàn)得到的圖像如圖乙所示，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)測(cè)量、計(jì)算與作圖都無(wú)誤。以下選項(xiàng)中圖線不過(guò)原點(diǎn)O的原因是

；

A．小車的質(zhì)量太大

B．小車與平板之間、紙帶與限位孔之間摩擦阻礙小車的運(yùn)動(dòng)

C．砂桶及砂的質(zhì)量較小，繩子給小車的拉力不夠本實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程缺少一個(gè)重要的實(shí)驗(yàn)步驟是

。（2）實(shí)驗(yàn)時(shí)，必須要保證砂和砂桶的質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量嗎？

。（選填“必須”或“不必”）（3）其中一次實(shí)驗(yàn)打出紙帶的一部分如圖丙所示。已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所用交流電的頻率為50Hz，紙帶上標(biāo)出的每?jī)蓚€(gè)相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)之間還有四個(gè)點(diǎn)未畫(huà)出。打出第5點(diǎn)時(shí)小車的速度大小為m/s，充分利用所給數(shù)據(jù)，可求出小車的加速度為

（計(jì)算結(jié)果和a均保留3位有效數(shù)字）。

平衡摩擦力B0.8112.00大單元

重難點(diǎn)拓展題型三：對(duì)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的原理的理解【變式】在探究加速度與力、質(zhì)量關(guān)系的實(shí)驗(yàn)中，某同學(xué)設(shè)計(jì)了如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置。力傳感器可測(cè)出輕繩中的拉力大小。已知重力加速度g=9.8m/s2。（1）實(shí)驗(yàn)中為探究加速度與力的關(guān)系，下列操作正確的是

。A．為減小系統(tǒng)誤差，砂和砂桶的質(zhì)量要遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量B．用天平測(cè)出砂和砂桶的質(zhì)量C．將帶滑輪的長(zhǎng)木板右端墊高，以平衡摩擦力D．先接通電源，再釋放小車，打出一條紙帶，同時(shí)記錄力傳感器的示數(shù)CD大單元

重難點(diǎn)拓展題型三：對(duì)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的原理的理解（2）在正確操作的前提下，該同學(xué)在實(shí)驗(yàn)中得到如圖所示的一條紙帶（兩計(jì)數(shù)點(diǎn)間還有四個(gè)計(jì)時(shí)點(diǎn)沒(méi)有畫(huà)出）。打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所用交流電的頻率為50Hz，打計(jì)數(shù)點(diǎn)2時(shí)小車的速度大小為

m/s，小車的加速度為

m/s2（結(jié)果均保留三位有效數(shù)字）。

（3）該同學(xué)正確進(jìn)行了平衡摩擦力后不斷增加沙子的質(zhì)量重復(fù)實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)小車的加速度最終會(huì)趨于某一數(shù)值，從理論分析可知，該值應(yīng)為

m/s2。0.4112.004.91.（2020·浙江·統(tǒng)考高考真題）做“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)時(shí)，圖甲是教材中的實(shí)驗(yàn)方案；圖乙是拓展方案，其實(shí)驗(yàn)操作步驟如下：（ⅰ）掛上托盤(pán)和砝碼，改變木板的傾角，使質(zhì)量為M的小車拖著紙帶沿木板勻速下滑；（ⅱ）取下托盤(pán)和砝碼，測(cè)出其總質(zhì)量為m，讓小車沿木板下滑，測(cè)出加速度a；（ⅲ）改變砝碼質(zhì)量和木板傾角，多次測(cè)量，通過(guò)作圖可得到a-F的關(guān)系。大單元

高考探知A考向1：探究加速度與力、質(zhì)量關(guān)系的實(shí)驗(yàn)步驟和數(shù)據(jù)處理①實(shí)驗(yàn)獲得如圖所示的紙帶，計(jì)數(shù)點(diǎn)a、b、c、d、e、f間均有四個(gè)點(diǎn)未畫(huà)出，則在打d點(diǎn)時(shí)小車的速度大小vd