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学会用“控制变量法”探究加速度与力、质量的定量关系。2会测量加速度、力和质量，能作出物体运动的aF、a图像。3通过图像探究加速度与力、质量的定量关系。【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_测得不同_质量_的小车在这个拉力下运动的加速度加
2、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平衡摩擦力：用薄垫块将一端垫高，调整其倾斜程度，直到
3、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)保持重物(小车所受的拉力)不变，通过增加或减少
4、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，找出规律，分析a与F的关系。3列M、a收集数
5、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，砝码和小盘的总重力才可视为与小车受到的拉力相等。3各纸带
6、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6 V的蓄电池上，接通电源，放开小车，打点计时器在纸带上打下一系列点，并在纸带上标明小车质量；E保
7、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6 V的蓄电池_改为_6 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，故必须平衡摩擦力。电磁打点计时器接在6 V电压的蓄电池
8、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(2019浙江省嘉兴一中高一上学期期中)如图所示是“探究加速度与力、质量的关系”实验装置：(1)下图是实验时平衡阻力的情形，其中正确的是_C_(选填字母)。(2)在平衡阻力后，当小车总质量_远大于_(填“远大于”“远小于”或“近似等于”)小盘及盘内物体的总质量时，小盘及盘内物体的总重力大小近似等于小车运动时所受的拉力大小。实验时可通过增减小盘中_1 g砝码_(选填“50 g钩码”或“1 g砝码”)的个数来改变拉力的大小。解析：(1)平衡阻力时，
9、小车前面不能有拉力，小车后面要连接纸带，纸带要穿过打点计时器，故选C。(2)为减小误差，小车总质量要远大于小盘及盘内物体的总质量；实验时应通过增减“1 g”砝码的个数来改变拉力的大小。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
10、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
11、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某同学用如图1所示的实验装置验证牛顿第二定律，请回答下列有关此实验的问题：(1)该同学在实验前准备了图1中所示的实验装置及下列辅助器材：A交流电源、导线B天平(含配套砝码) C秒表D刻度尺E细线、沙和小沙桶其中不必要的器材是_C_(填代号)。(2)打点计时器在小车拖动的纸带上打下一系列点迹，以此记录小车的运动情况。其中一部分纸带上的点迹情况如图2所示，已知打点计时器打点的时间间隔T0.02 s，测得A点到B、C点的距离分别为x15
12、.99 cm、x213.59 cm，则在打下点迹B时，小车运动的速度vB_0.680_ m/s；小车做匀加速直线运动的加速度a_1.61_ m/s2。(结果保留三位有效数字)(3)在验证“质量一定，加速度a与合外力F的关系”时，某学生根据实验数据作出了如图3所示的aF图像，其中图线不过原点的原因是_平衡摩擦力过度_，图线在末端弯曲的原因是_沙和沙桶的质量太大_。解析：(1)在实验中，打点计时器可以测量时间，所以不需要秒表，上述器材中不必要的为C。(2)B点的速度等于AC段的平均速度，则有：vB m/s0.680 m/s根据xaT2得：a m/s21.61 m/s2(3)由图3所示图像可知小车的拉力为0时，小车的加速度大于0，说明合外力大于0，说明平衡摩擦力过度，即木板与水平面的夹角太大；该实验中当小车的质量远大于沙和沙桶的质量时，才能近似认为细线对小车的拉力大小等于沙和沙桶的总重力大小，随着F的增大，即沙和沙桶的质量增大，逐渐地沙和沙桶的质量不再满足小车质量远大于沙和沙桶的质量，因此会出现较大误差，图像会产生弯曲。素养脉络构建知识构建整体呈现