1、2实验：探究加速度与力、质量的关系目标体系构建明确目标梳理脉络【学习目标】1经历探究加速度与力、质量的关系的设计过程，学会选择合理的实验方案进行探究实验。2经历用图像处理数据的过程，从图像中发现物理规律。3经历实验操作和测量的过程，知道如何平衡摩擦力、减小系统误差等操作方法。,【思维脉络】课前预习反馈教材梳理落实新知一、实验思路1实验装置将小车置于_水平木板_上，通过滑轮与_槽码_相连。小车可以在槽码的牵引下运动。2实验思路(1)加速度与力的关系保持小车_质量不变_测得不同_拉力_下小车运动的加速度加速度与_拉力_的变化情况二者之间的定量关系。(2)加速度与质量的关系保持小车所受的_拉力不变_
2、测得不同_质量_的小车在这个拉力下运动的加速度加速度与_质量_的变化情况二者之间的定量关系。二、物理量的测量1质量的测量：可以用_天平_测量。2加速度的测量方法1：由xat2计算出加速度a_。方法2：将打点计时器的纸带连在小车上，根据_纸带上_打出的点来测量加速度。方法3：两个初速度为零的匀加速直线运动的物体，在相等时间内的位移之比就等于加速度之比，即_。3力的测量：小车所受的拉力_替代_合力，用悬挂物重力替代小车所受的拉力。(条件是槽码的质量要比小车的质量小很多)课内互动探究细研深究破疑解难一、实验步骤1安装实验器材：将小车置于带有定滑轮的木板上，将纸带穿过打点计时器后挂在小车尾部。2平衡摩
3、擦力：用薄垫块将一端垫高，调整其倾斜程度，直到小车运动时打点计时器在纸带上打出的点分布均匀为止。3悬挂重物：在细线一端挂上重物，另一端通过定滑轮系在小车前端。4收集纸带数据：将小车靠近打点计时器后开启打点计时器，并让小车由静止释放，打点计时器在纸带上打出一系列点，据此计算出小车的加速度。5改变小车受力：(1)保持小车的质量不变，通过增加槽码的数量，增加重物的质量(总质量仍远小于小车质量)。接通电源后放开小车，用纸带记录小车的运动情况。取下纸带。并在纸带上标上号码及所挂槽码的总重力m1g。(2)重复步骤4，多做几次实验，并记录好相应纸带的编号及所挂槽码的总重力m2g、m3g6改变小车质量：(1)
4、保持重物(小车所受的拉力)不变，通过增加或减少小车上的砝码的方式，改变小车的质量，接通电源后放开小车，用纸带记录小车的运动情况。取下纸带，并在纸带上标上号码及小车和砝码的总质量M1。(2)继续在小车上增加砝码，重复步骤6，多做几次实验，在每次实验得到的纸带上标上号码及小车和砝码的总质量M2、M37求加速度：用公式xaT2，求得小车的加速度a，将得到的数据填入相应表格中，以便进行数据处理。二、数据收集与分析1列F、a数据收集表：把小车在不同力作用下产生的加速度填在表中：物理量123456作用力(槽码的重力)加速度a2作aF图像的方法：以a为纵坐标，F为横坐标，根据数据作aF图像，用曲线拟合测量点
5、，找出规律，分析a与F的关系。3列M、a收集数据把不同质量的小车(小车和砝码)在相同力的作用下产生的加速度填在表中：物理量123456小车和砝码质量M加速度a4作a图像的方法：分别以a为纵坐标、M和为横坐标，根据数据作aM图像和a图像，分析a与M的关系。5实验结论：(1)对同一物体，当M不变时，物体的加速度a与所受力F成正比。(2)对不同物体，当F不变时，物体的加速度a与质量M成反比。三、注意事项1平衡摩擦力时不要挂重物，整个实验平衡了摩擦力后，不管以后是改变槽码的个数，还是改变小车及砝码的质量，都不需要重新平衡摩擦力。2实验中必须满足小车和砝码的总质量远大于槽码的总质量。只有如此，砝码和小盘
6、的总重力才可视为与小车受到的拉力相等。3各纸带的加速度a，都应是该纸带上的平均加速度。4作图像时，要使尽可能多的点在所作直线上，不在直线上的点应尽可能对称分布在所作直线两侧。离直线较远的点是错误数据，可舍去不予考虑。5释放时小车应靠近打点计时器，且先接通电源再放开小车。探究对实验原理及操作过程的考查典例剖析_典题1用如图所示的装置研究在作用力F一定时，小车的加速度a与小车质量M的关系，某位同学设计的实验步骤如下：A用天平称出小车和小桶及内部所装沙子的质量；B按图装好实验器材；C把轻绳系在小车上并绕过定滑轮悬挂沙桶；D将电磁打点计时器接在电压为8 V的蓄电池上，接通电源，放开小车，打点计时器在纸
7、带上打下一系列点，并在纸带上标明小车质量；E保持小桶及其中沙子的质量不变，增加小车上的砝码个数，并记录每次增加后的M值，重复上述实验；F分析每条纸带，测量并计算出加速度的值；G作aM关系图像，并由图像确定aM关系。(1)该同学漏掉的重要实验步骤是_平衡摩擦力_，该步骤应排在_B_步实验之后。(2)在上述步骤中，有错误的是_D_，应把_电压为8 V的蓄电池_改为_8 V以下低压交流学生电源_。(3)在上述步骤中，处理不恰当的是_G_，应把_aM_改为_a_。思路引导：掌握实验原理及操作过程是处理该类问题的关键。解析：实验中把小桶及其中沙子的重力看作与小车所受拉力大小相等，没有考虑摩擦力，故必须平
8、衡摩擦力。电磁打点计时器接在6 V电压的蓄电池上将无法工作，必须接在6 V以下交流电压的学生电源上。作aM关系图像，得到的是双曲线，很难作出正确的判断，必须“化曲为直”，改为a关系图像。对点训练_1(2020辽宁实验中学高一上学期检测)在探究加速度与物体质量、物体受力关系的实验中，某小组设计了如图所示的实验装置。图中上下两层水平轨道表面光滑，两小车前端系上细线，细线跨过滑轮并挂上砝码盘，两小车后端的细线连到控制装置上。(1)在安装实验装置时，应调整滑轮的高度，使_细线与轨道平行_；在实验时，为减小系统误差，应使砝码盘和砝码的总质量_远小于_小车的质量(选填“远大于”“远小于”或“等于”)。(2
9、)该装置中控制装置的作用是_控制两小车同时运动和同时停止_。(3)本实验通过比较两小车的位移来比较小车加速度的大小，能这样比较是因为_两小车从静止开始做匀加速直线运动，且两小车的运动时间相等时加速度大小之比等于位移大小之比_。解析：(1)拉小车的细线要与轨道平行。只有在砝码盘和砝码的总质量远小于小车质量时，才能认为砝码盘和砝码的总重力等于细线拉小车的力。(2)该装置中控制装置的作用是使两小车同时开始运动和同时停止。(3)对于初速度为零的匀加速直线运动，时间相同时，根据运动学公式xat2，得。探究实验数据的分析与处理典例剖析_典题2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
10、后，将测得的反映加速度a和F关系的有关资料记录在表一中。将测得的反映加速度a和质量M关系的有关资料记录在表二中。表一a/(ms2)1.984.065.958.12F/ N1.002.003.004.00表二a/(ms2)2.042.663.233.98/ kg10.500.670.801.00(1)请根据表中所列数据，分别画出aF图像和a图像。(2)由图像可以判定：当M一定时，a与F的关系为_正比关系_；当F一定时，a与M的关系为_反比关系_。(3)由aF图像可知M_0.5 kg_。(4)由a图像可知，F_4 N_(保留一位有效数字)。思路引导：根据数据描点作图；由图像分析“a与F”“a与”的
11、关系；根据“a与F、M”的关系求解M、F的值。答案：(1)aF图像和a图像分别如图甲、乙所示。解析：本题主要考查对实验数据的处理和分析，从而得到正确的实验结论，若a与F成正比，a与成正比，那么aF图像和a图像都应是一条过原点的直线，同时因实验中不可避免地出现误差，描出的点不在一条直线上是很正常的，连线时应使尽可能多的点在直线上，不在直线上的点应大致对称地分布在直线两侧，离直线较远的点应视为错误数据，不需考虑； 另外可以从图像的斜率的物理意义出发求出相应的物理量。对点训练_2(2021广州市天河外国语学校高一开学考试)某物理课外小组通过如图甲所示的实验装置探究物体加速度与其所受合外力之间的关系。
12、置于实验台上的长木板左端固定一轻滑轮；细线跨过滑轮，一端与放在木板上的小车相连，另一端可悬挂钩码。本实验中可用的钩码共有N5个，每个质量均为m。实验步骤如下：(1)为消除摩擦力的影响，实验前平衡摩擦力的具体操作为：取下挂钩码的细绳，把木板不带滑轮的一端适当垫高并反复调节，直到轻推小车后，小车能沿木板做_匀速直线(或匀速)_运动；(2)将1个钩码挂在细线左端，其余4个钩码放在小车内，用手按住小车并使细线与木板平行。接通打点计时器的电源，然后释放小车，得到如图乙所示的纸带，已知打点计时器打点的周期T0.02 s，其中A、B、C、D、E每相邻两个计数点之间还有4个点没有标出，根据纸带提供的数据，计算
13、小车加速度的表达式为a_(用英文字母表示)，算得小车加速度的大小为_0.60_m/s2。(计算结果保留两位有效数字)解析：(1)为消除摩擦力的影响，实验前平衡摩擦力的具体操作为：取下挂钩码的细绳，把木板不带滑轮的一端适当垫高并反复调节，直到轻推小车后，小车能沿木板做匀速运动；(2)由逐差法可得，小车加速度的表达式为a(3)代入数据得小车加速度的大小为a102 m/s20.60 m/s2。课堂达标检测沙场点兵名校真题1(2021浙江高一月考)某实验小组利用如图甲所示的装置在进行“探究加速度与力和质量的关系”的实验：(1)图甲中的器材被称为电火花计时器的是_B_(选填“A”或“B”)，其装置使用的
14、电源是图乙中的_D_(选填“A”“B”“C”或“D”)。(2)实验过程中下列做法正确的是_AB_。A调节滑轮的高度，使牵引小车的细绳与长木板保持平行B适当垫高长木板无滑轮的一端使未挂砝码桶的小车恰能拖着纸带匀速下滑C实验时，先释放小车再接通打点计时器电源D通过增减小车上的钩码改变质量时，需要每次都重新调节长木板倾斜角度(3)在实验中，某同学得到了一条纸带如图所示，选择了A、B、C、D、E作为计数点，相邻两个计数点间还有4个计时点没有标出，其中x17.05 cm，x27.68 cm，x38.33 cm、x48.95 cm，电源50 Hz，可以计算出打纸带上B点时小车的瞬时速度vB_0.74_m/
15、s，小车运动的加速度大小_0.64_m/s2(以上结果都保留两位有效数字)。解析：(1)图甲中的器材被称为电火花计时器的是B；电火花计时器使用的是220 V的交流电源，则是图乙中的D；(2)调节滑轮的高度，使牵引木块的细绳与长木板保持平行，否则拉力不会等于合力，故A正确；在调节模板倾斜度平衡木块受到的滑动摩擦力时，不悬挂“重物”，使小车恰能拖着纸带匀速下滑，故B正确；实验时，先接通打点计时器的电源再放小车，故C错误；平衡摩擦力后，有mgsin mgcos 即tan ，与质量无关，故通过增减木块上的砝码改变质量时，不需要重新调节木板倾斜度，故D错误。(3)根据中间时刻的瞬时速度等于这段时间内的平
16、均速度知vB102 m/s0.74 m/s由逐差法可知，小车运动的加速度大小a102 m/s20.64 m/s2。2(2021浙江金华市高一期末)如图所示的甲、乙、丙都是高中物理实验中常见的计时仪器。丙图中a、b分别是光电门的激光发射和接收装置，当一辆带有挡光片的小车从a、b间通过时，光电计时器就可以显示挡光片的挡光时间。(1)小王同学在“探究小车速度随时间变化规律”的实验中，做了一个U形遮光板如图丁所示，两个遮光片宽度均为L5 mm，将此U形遮光板装在小车上，让小车做匀变速直线运动通过静止的光电计时器，实验时测得两次遮光时间分别为t10.10 s，t20.05 s，从第一个遮光片遮光到第二个
17、遮光片遮光经过的时间t1 s，则：第一个遮光片通过光电门的速度大小为_0.05_m/s，小车做加速直线运动的加速度大小_0.05_m/s2。(2)小张同学选用乙图打点计时器来完成“探究加速度与力、质量的关系”实验，实验装置图如图戊所示。图乙是_电火花_(选填“电磁”或“电火花”)打点计时器。打出一条纸带如下图所示，每两个计数点之间还有四个计时点没有画出来，图中上面的数字为相邻两个计数点间的距离，打点计时器工作频率为50 Hz，打第4个计数点时纸带的速度v4_1.21_m/s；小车做匀加速直线运动的加速度a_2.02_m/s2。(保留三位有效数字)(3)平衡好摩擦后保持小车质量M不变，不断往桶里
18、加砂，用力传感器测绳子拉力为F，测得小车的加速度为a，砂的质量最终达到M。下列关于aF图线正确的是(C)解析：(1)第一个遮光片通过光电门的速度大小为v1m/s0.05 m/sv2m/s0.1m/s小车做加速直线运动的加速度大小am/s20.05 m/s2(2)图乙是电火花打点计时器。每两个计数点之间还有四个计时点没有画出来，则T0.1s；打第4个计数点时纸带的速度v4m/s1.21 m/s小车做匀加速直线运动的加速度a2.02 m/s2(3)实验时平衡了摩擦力，则图像过原点；但是最后砂桶的质量不是远小于小车的质量，则图线将出现弯曲，由于砂桶及砂子质量不可忽略，相当于质量变大，图线的斜率变小，故C正确。
