實(shí)驗(yàn)：探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系 導(dǎo)學(xué)案.doc

實(shí)驗(yàn)：探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系【學(xué)習(xí)目標(biāo)】1.學(xué)會(huì)用“控制變量法”探究加速度與力、質(zhì)量的定量關(guān)系.2.會(huì)用圖象表示加速度與質(zhì)量、加速度與力之間的關(guān)系【課前預(yù)習(xí)案】1實(shí)驗(yàn)器材：小車(chē)、砝碼、小桶、砂、細(xì)線、一端附有定滑輪的長(zhǎng)木板、墊木、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、 、紙帶、 、 2實(shí)驗(yàn)原理：實(shí)驗(yàn)的基本思想控制變量法(1)保持研究對(duì)象即小車(chē)的質(zhì)量不變，改變小桶內(nèi)砂的質(zhì)量，即改變 ，測(cè)出小車(chē)的對(duì)應(yīng)加速度，驗(yàn)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(duì)象的質(zhì)量，測(cè)出對(duì)應(yīng)不同質(zhì)量的加速度，驗(yàn)證加速度是否與質(zhì)量成反比想一想：實(shí)驗(yàn)中小車(chē)的加速度怎樣得到？【課堂探究案】【典型例題】一、實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)1三個(gè)物理量的測(cè)量方法體會(huì)近似法本實(shí)驗(yàn)的研究對(duì)象：放在“光滑”“水平面”上的小車(chē) (裝置如圖421所示)(1)小車(chē)質(zhì)量的測(cè)量：利用天平測(cè)出，在小車(chē)上增減砝碼可改變小車(chē)的質(zhì)量(2)拉力的測(cè)量：當(dāng)小桶和砂的質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車(chē)質(zhì)量的情況下，可以認(rèn)為小桶和砂的重力近似等于小車(chē)所受的拉力(合外力)，即Fmg.(3)加速度的測(cè)量：由紙帶根據(jù)公式xaT2，結(jié)合逐差法計(jì)算出小車(chē)的加速度2實(shí)驗(yàn)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(guān)系以加速度a為縱坐標(biāo)，以力F為橫坐標(biāo)，根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)描點(diǎn)，然后作出圖象，如圖422所示，若圖象是一條通過(guò)原點(diǎn)的直線，就能說(shuō)明a與F成正比(2)研究加速度a與質(zhì)量m的關(guān)系如圖423所示，因?yàn)閍m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(guān)系，但檢查這條曲線是不是雙曲線，相當(dāng)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(biāo)，以為橫坐標(biāo)，作出a圖象，若a圖象是一條直線，說(shuō)明a與成正比，即a與m成反比圖423二、實(shí)驗(yàn)步驟1用天平測(cè)出小車(chē)的質(zhì)量M，并把數(shù)值記錄下來(lái)2按圖424所示的裝置把實(shí)驗(yàn)器材安裝好(小車(chē)上先不系繩)圖4243平衡摩擦力：在長(zhǎng)木板不帶定滑輪的一端下面墊一木塊，反復(fù)移動(dòng)木塊位置，直到輕推小車(chē)在斜面上運(yùn)動(dòng)時(shí)可保持勻速直線運(yùn)動(dòng)為止(紙帶上相鄰點(diǎn)間距相等)4在小桶里放入適量的砂，通過(guò)細(xì)繩系在小車(chē)上，在小車(chē)上加放適量的砝碼，用天平測(cè)出小桶和砂的質(zhì)量m，記錄下來(lái)接通電源，放開(kāi)小車(chē)，待打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上打好點(diǎn)后取下紙帶，并設(shè)計(jì)表格如下5.保持小車(chē)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(shí)驗(yàn)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(duì)應(yīng)的加速度的值，填入表格中7用縱坐標(biāo)表示加速度，橫坐標(biāo)表示作用力，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果畫(huà)出小車(chē)運(yùn)動(dòng)的aF圖象，從而得出aF的關(guān)系8保持砂和小桶的質(zhì)量不變，在小車(chē)上加放砝碼，重復(fù)上面的實(shí)驗(yàn)，求出相應(yīng)的加速度，并設(shè)計(jì)表格如下根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果畫(huà)出小車(chē)運(yùn)動(dòng)的a圖象，從而得出aM的關(guān)系9.整理實(shí)驗(yàn)器材，結(jié)束實(shí)驗(yàn)三、誤差分析1托盤(pán)和砝碼的總重力約等于小車(chē)所受的合外力，但會(huì)帶來(lái)一定的誤差小車(chē)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(zhǎng)度測(cè)量時(shí)的偶然誤差，可進(jìn)行多次測(cè)量取平均值3沒(méi)有平衡摩擦力或摩擦力平衡不好，實(shí)驗(yàn)中作出的aF或a圖象不過(guò)原點(diǎn)四、注意事項(xiàng)1實(shí)驗(yàn)中小車(chē)靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器且應(yīng)先接通電源后釋放小車(chē)2在平衡摩擦力時(shí)，不要懸掛小桶，但小車(chē)應(yīng)連著紙帶且接通電源用手輕輕地給小車(chē)一個(gè)初速度，如果在紙帶上打出的點(diǎn)的間隔均勻，表明小車(chē)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(guò)程中，要始終保證砂桶(包括砂)的質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車(chē)的質(zhì)量4作圖時(shí)應(yīng)使所作的直線通過(guò)盡可能多的點(diǎn)，不在直線上的點(diǎn)也要盡可能的對(duì)稱分布在直線的兩側(cè)，但若遇到個(gè)別偏離較遠(yuǎn)的點(diǎn)可舍去例1用如圖425所示的裝置研究在作用力F一定時(shí)，小車(chē)的加速度a與小車(chē)質(zhì)量M的關(guān)系，某位同學(xué)設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)步驟如下：A用天平稱出小車(chē)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(chē)上并繞過(guò)定滑輪懸掛砂桶；D將電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器接在6 V電壓的蓄電池上，接通電源，放開(kāi)小車(chē)，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(chē)質(zhì)量；E保持小桶及其中砂子的質(zhì)量不變，增加小車(chē)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aM關(guān)系圖象，并由圖象確定aM關(guān)系(1)該同學(xué)漏掉的重要實(shí)驗(yàn)步驟是_，該步驟應(yīng)排在_步實(shí)驗(yàn)之后(2)在上述步驟中，有錯(cuò)誤的是_，應(yīng)把_改為_(kāi)(3)在上述步驟中，處理不恰當(dāng)?shù)氖莀，應(yīng)把_改為_(kāi)例2在“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”活動(dòng)中，某小組設(shè)計(jì)了如圖426所示的實(shí)驗(yàn)裝置圖中上下兩層水平軌道表面光滑，兩小車(chē)前端系上細(xì)線，細(xì)線跨過(guò)滑輪并掛上砝碼盤(pán)，兩小車(chē)尾部細(xì)線連到控制裝置上，實(shí)驗(yàn)時(shí)通過(guò)控制裝置使兩小車(chē)同時(shí)開(kāi)始運(yùn)動(dòng)，然后同時(shí)停止(1)在安裝實(shí)驗(yàn)裝置時(shí)，應(yīng)調(diào)整滑輪的高度，使_；在實(shí)驗(yàn)時(shí)，為減小系統(tǒng)誤差，應(yīng)使砝碼盤(pán)和砝碼的總質(zhì)量_(選填“遠(yuǎn)大于”“遠(yuǎn)小于”或“等于”)小車(chē)的質(zhì)量(2)本實(shí)驗(yàn)通過(guò)比較兩小車(chē)的位移來(lái)比較小車(chē)加速度的大小，能這樣比較，是因?yàn)開(kāi).(3)實(shí)驗(yàn)中獲得數(shù)據(jù)如下表所示：小車(chē)、的質(zhì)量均為200 g.在第1次實(shí)驗(yàn)中小車(chē)從A點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)的位移如圖427所示，請(qǐng)將測(cè)量結(jié)果填到表中空格處通過(guò)分析，可知表中第_次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)存在明顯錯(cuò)誤，應(yīng)舍棄圖427例3“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)裝置如圖428甲所示(1)在平衡小車(chē)與桌面之間摩擦力的過(guò)程中，打出了一條紙帶如圖428乙所示計(jì)時(shí)器打點(diǎn)的時(shí)間間隔為0.02 s從比較清晰的點(diǎn)起，每5個(gè)點(diǎn)取一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，量出相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)之間的距離該小車(chē)的加速度大小a_m/s2.(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)(2)平衡摩擦力后，將5個(gè)相同的砝碼都放在小車(chē)上掛上砝碼盤(pán)，然后每次從小車(chē)上取一個(gè)砝碼添加到砝碼盤(pán)中，測(cè)量小車(chē)的加速度小車(chē)的加速度a與砝碼盤(pán)中砝碼總重力F的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下表：請(qǐng)根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)在圖429中作出aF的關(guān)系圖象(3)根據(jù)提供的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作出的aF圖線不通過(guò)原點(diǎn)，請(qǐng)說(shuō)明主要原因【當(dāng)堂檢測(cè)】在探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系實(shí)驗(yàn)中，小車(chē)及車(chē)中砝碼的質(zhì)量用M表示，盤(pán)及盤(pán)中砝碼的質(zhì)量用m表示，小車(chē)的加速度可由小車(chē)后拖動(dòng)的紙帶打上的點(diǎn)計(jì)算出(1)當(dāng)M與m的大小關(guān)系滿足_時(shí)，才可以認(rèn)為繩對(duì)小車(chē)的拉力大小等于盤(pán)及盤(pán)中砝碼的重力(2)一組同學(xué)在做加速度與質(zhì)量的關(guān)系實(shí)驗(yàn)時(shí)，保持盤(pán)及盤(pán)中砝碼的質(zhì)量一定，改變小車(chē)及車(chē)中砝碼的質(zhì)量，測(cè)出相應(yīng)的加速度，采用圖象法處理數(shù)據(jù)為了比較容易地觀測(cè)加速度a與質(zhì)量M的關(guān)系，應(yīng)該做a與_的圖象圖4211(3)乙、丙同學(xué)用同一裝置做實(shí)驗(yàn)，畫(huà)出了各自得到的a圖線如圖4211所示，兩個(gè)同學(xué)做實(shí)驗(yàn)時(shí)的盤(pán)及盤(pán)中砝碼的質(zhì)量m乙_(填“大于”“小于”或“等于”)m丙【課后訓(xùn)練】1在利用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器探究加速度與力、質(zhì)量關(guān)系的實(shí)驗(yàn)中，以下做法正確的是()A平衡摩擦力時(shí)，應(yīng)將重物用細(xì)繩通過(guò)定滑輪系在小車(chē)上B每次改變小車(chē)的質(zhì)量時(shí)，不需要重新平衡摩擦力C實(shí)驗(yàn)時(shí)，先放開(kāi)小車(chē)，后接通電源D“重物的質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車(chē)的質(zhì)量”這一條件如不滿足，對(duì)探究過(guò)程也不會(huì)產(chǎn)生影響2如圖4212所示，在探究加速度和力、質(zhì)量關(guān)系的實(shí)驗(yàn)中，若1、2兩個(gè)相同的小車(chē)所受拉力分別為F1、F2，車(chē)中所放砝碼的質(zhì)量分別為m1、m2，打開(kāi)夾子后經(jīng)過(guò)相同的時(shí)間兩車(chē)的位移分別為x1、x2，則在實(shí)驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi)，有()A當(dāng)m1m2、F12F2時(shí)，x12x2B當(dāng)m1m2、F12F2時(shí)，x22x1C當(dāng)F1F2、m12m2時(shí)，x12x2D當(dāng)F1F2、m12m2時(shí)，x22x13如圖4213是某些同學(xué)根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)畫(huà)出的圖象，下列說(shuō)法中正確的是()圖4213A甲和乙較好地把握了實(shí)驗(yàn)條件M遠(yuǎn)大于mB丙和丁沒(méi)有把握好實(shí)驗(yàn)條件M遠(yuǎn)大于mC甲同學(xué)長(zhǎng)木板的傾角太小，而乙同學(xué)長(zhǎng)木板的傾角太大D甲、乙、丙三同學(xué)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(dǎo)軌探究加速度與力、質(zhì)量關(guān)系的實(shí)驗(yàn)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(jì)時(shí)器，F(xiàn)為蓄電池，電壓為6 V，G是電鍵，請(qǐng)指出圖中的三處錯(cuò)誤：圖4214(1)_；(2)_；(3)_5某同學(xué)設(shè)計(jì)了一個(gè)“探究加速度與物體所受合力及質(zhì)量的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)如圖4215所示為實(shí)驗(yàn)裝置簡(jiǎn)圖，A為小車(chē)，B為電火花計(jì)時(shí)器，C為裝有砝碼的小桶，D為一端帶有定滑輪的長(zhǎng)方形木板電源頻率50 Hz.圖4215(1)在實(shí)驗(yàn)中必須平衡摩擦力，以小車(chē)_所受重力的沿斜面向下的分力平衡摩擦力，當(dāng)小車(chē)做_運(yùn)動(dòng)時(shí)，摩擦力恰好被平衡；之后可認(rèn)為細(xì)繩對(duì)小車(chē)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(shí)驗(yàn)得到的紙帶(紙帶上的點(diǎn)為實(shí)際打下的點(diǎn))，根據(jù)圖中的紙帶和相關(guān)數(shù)據(jù)可求出小車(chē)的加速度大小a_m/s2.(結(jié)果取兩位有效數(shù)字)圖4216(3)在“探究加速度與質(zhì)量的關(guān)系”時(shí)，保持砝碼和小桶質(zhì)量不變，改變小車(chē)質(zhì)量M，分別得到小車(chē)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(shí)a與M的關(guān)系，請(qǐng)?jiān)趫D4217所示方格坐標(biāo)紙中選擇恰當(dāng)?shù)奈锢砹拷⒆鴺?biāo)系，并作出圖線(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(jì)算機(jī))研究加速度和力的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)裝置圖4218(1)在該實(shí)驗(yàn)中必須采用控制變量法，應(yīng)保持_不變，用鉤碼所受的重力大小作為_(kāi)，用DIS測(cè)小車(chē)的加速度(2)改變所掛鉤碼的數(shù)量，多次重復(fù)測(cè)量在某次實(shí)驗(yàn)中根據(jù)測(cè)得的多組數(shù)據(jù)可畫(huà)出aF關(guān)系圖線(如圖乙所示)分析此圖線OA段可得出的實(shí)驗(yàn)結(jié)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(chē)與軌道之間存在摩擦B導(dǎo)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(chē)的質(zhì)量太大7某同學(xué)設(shè)計(jì)了用光電門(mén)傳感器“探究小車(chē)的加速度a與小車(chē)所受拉力F及質(zhì)量M關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)圖4219(1)如圖4219甲所示，在小車(chē)上固定寬度為L(zhǎng)的擋光片，將兩個(gè)光電門(mén)傳感器固定在相距為d的軌道上，釋放小車(chē)，傳感器記錄下小車(chē)經(jīng)過(guò)光電門(mén)的時(shí)間t1、t2，可以測(cè)得小車(chē)的加速度a_(用題中的符號(hào)L、d、t1、t2表示)(2)在該實(shí)驗(yàn)中必須采用_法(填物理方法)，應(yīng)保持_不變，通過(guò)改變鉤碼的個(gè)數(shù)來(lái)改變小車(chē)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(xué)由于實(shí)驗(yàn)時(shí)沒(méi)有注意始終滿足Mm的條件(m為鉤碼和盤(pán)的質(zhì)量)，結(jié)果得到的圖象應(yīng)是下圖中的_(4)乙、丙兩名同學(xué)用同一裝置做實(shí)驗(yàn)，畫(huà)出了各自得到的aF圖線如圖乙所示，兩個(gè)同學(xué)做實(shí)驗(yàn)時(shí)的哪一個(gè)物理量取值不同？_.8.某同學(xué)設(shè)計(jì)了如圖4220所示的裝置來(lái)探究加速度與力的關(guān)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(xì)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(huà)出兩條平行線MN、PQ，并測(cè)出間距d.開(kāi)始時(shí)將木板置于MN處，現(xiàn)緩慢向瓶中加水，直到木板剛剛開(kāi)始運(yùn)動(dòng)為止，記下彈簧秤的示數(shù)F0，以此表示滑動(dòng)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