實驗：探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系

老師姓名學(xué)生姓名學(xué)校學(xué)科名稱年級上課時間課題名稱實驗：探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系教學(xué)目標(biāo)教學(xué)過程知識點1探究加速度與力的關(guān)系1．實驗根本思路采用控制變量法，測量同一物體在不同力作用下的加速度，分析加速度與力的關(guān)系．核心提示：控制變量法是研究多個物理量之間關(guān)系的一種常用方法，即在多因素的實驗中，可先控制一些因素不變，依次研究某一因素的影響．2．實驗器材附有定滑輪的長木板、小車、砝碼、帶小鉤的細繩、小桶(含沙子〕、打點計時器、低壓交流電源、紙帶、刻度尺、導(dǎo)線、天平、薄木板．3．實驗步驟(1〕用天平測出小車和小桶的質(zhì)量，把數(shù)值記錄下來．(2〕按如下圖把實驗器材安裝好，暫時不把懸掛小桶的細繩系在小車上．(3〕平衡摩擦力：在長木板的不帶定滑輪的一端下面墊上一塊薄木板，反復(fù)移動薄木板的位置，直至小車在斜面上向左運動時能保持勻速直線運動狀態(tài)為止，此時小車拖著紙帶運動時受到的摩擦力恰好與小車所受到的重力在斜面方向上的分力平衡．(4〕把細繩系在小車上并繞過滑輪懸掛上小桶．先接通電源再放開小車，打點結(jié)束后取下紙帶，在打上點的紙帶上標(biāo)上紙帶的號碼．(5〕保持小車的質(zhì)量不變，在小桶內(nèi)倒入已經(jīng)稱好的質(zhì)量為m1的沙子，重復(fù)步驟(4〕，在小桶內(nèi)分別倒入質(zhì)量為m2、m3、m4的沙子，再重復(fù)步驟(4〕．(6〕分別計算出每條紙帶的加速度a．4．實驗數(shù)據(jù)的處理(1〕設(shè)計一個表格，把同一物體在不同力的作用下的加速度填入表中，如下表所示．〔2〕為了更直觀地判斷加速度a與F的數(shù)量關(guān)系，以a為縱坐標(biāo)，F(xiàn)為橫坐標(biāo)建立如下圖的直角坐標(biāo)系，根據(jù)各組數(shù)據(jù)在坐標(biāo)軸中描點并作出圖線．5．實驗數(shù)據(jù)的分析〔重點〕〔1〕根據(jù)表格中的數(shù)據(jù)比擬各組F/a的值，如果相等或近似相等，那么說明a與F成正比．〔2〕在a-F坐標(biāo)系中，如果所描的點在一條直線上或近似在一條直線上，那么說明a與F成正比．核心提示：因為實驗操作過程中存在偶然誤差和系統(tǒng)誤差，所以得出的F的值a接近相等即可認(rèn)為相等，描出的點近似在一條直線上即可認(rèn)為在一條直線上．6．實驗誤差的分析〔難點〕〔1〕長木板和小車之間的摩擦力與小車的重力在斜面上的分力沒有完全平衡或平衡過多；質(zhì)量測量不準(zhǔn)；計數(shù)點間距測量不準(zhǔn)；紙帶拉線不嚴(yán)格與木板平行等都會造成誤差．〔2〕沙子及小桶的質(zhì)量改變后，不再遠遠小于小車及硅碼的質(zhì)量，對得到的數(shù)據(jù)有影響，屬于系統(tǒng)誤差．因為小桶及沙子的重力實際上是使小桶、沙子、小車及硅碼四者產(chǎn)生加速度的合力．【例1】在“探究加速度與力的關(guān)系〞實驗中，小車質(zhì)量一定，以下說法中正確的選項是〔 〕A.平衡摩擦力時，應(yīng)將裝沙的小桶用細繩通過定滑輪系在小車上B.每次改變沙的質(zhì)量時，不需要重新平衡摩擦力C.實驗時，先放開小車，再接通打點計時器的電源=D.用天平測出小車的質(zhì)量M及沙和小桶的質(zhì)量m，直接用公式a=mg/M即可求出小車運動的加速度=知識點2探究加速度與質(zhì)量的關(guān)系1．實驗根本思路采用控制變量法，保持物體受的力相同，測量不同質(zhì)量的物體在該力作用下的加速度，分析加速度與質(zhì)量的關(guān)系．易錯提示：本實驗中的m表示小車與法碼的總質(zhì)量，而不是小桶和沙子的總質(zhì)量．2．實驗器材附有定滑輪的長木板、小車、陸碼、帶小鉤的細繩、小桶(含沙子〕、打點計時器、低壓交流電源、紙帶、刻度尺、導(dǎo)線、天平、薄木板．3．實驗步驟(1〕用天平測出小車和小桶的質(zhì)量，把數(shù)值記錄下來．(2〕把實驗器材安裝好，暫時不把懸掛小桶的細繩系在小車上．(3〕平衡摩擦力．(4〕往小桶內(nèi)倒人已稱好的質(zhì)量為m0的沙子，把細繩系在小車上并繞過滑輪懸掛小桶．(5〕先接通電源再放開小車，打點結(jié)束后取下紙帶，在打上點的紙帶上標(biāo)上紙帶號碼．(6〕保持沙子和小桶的質(zhì)量不變，在小車上依次加陸碼，重復(fù)步驟(5〕．(7〕分別計算出每條紙帶的加速度a．4．實驗數(shù)據(jù)的處理(1〕設(shè)計一個表格，把不同質(zhì)量的物體在相同力的作用下的加速度填入表中，如下表所示．(2〕假設(shè)以a為縱坐標(biāo)，m為橫坐標(biāo)，描出的圖線是一條曲線，如圖甲所示，而檢查a-m圖象是不是雙曲線，就能判斷它們之間是不是反比關(guān)系，但檢查這條曲線是不是雙曲線并不容易，因此，我們建立如圖乙所示的a-1/m坐標(biāo)系在此坐標(biāo)系中，檢查是否能用一條直線描述這些點的關(guān)系，就能判斷它們之間的關(guān)系．核心提示：在實驗中如果發(fā)現(xiàn)一個量x與另一個量y成反比，那么，x就應(yīng)與1/y成正比．據(jù)此，我們可以將反比函數(shù)的曲線轉(zhuǎn)換為正比函數(shù)的直線．因為在處理數(shù)據(jù)時，判斷正比圖象比判斷一條曲線是否為反比函數(shù)圖象要簡單和直觀得多．5．實驗數(shù)據(jù)分析(重點〕(1〕根據(jù)表格中的數(shù)據(jù)比擬各組m-a的值，如果相等或近似相等，那么說明a與m成反比．(2〕在a-1/m坐標(biāo)系中，如果所描點在一條直線上或近似在一條直線上，那么說明a與1/m成正比，即a與m成反比．6．實驗誤差的分析此實驗中出現(xiàn)誤差的情況與探究加速度與力的關(guān)系的實驗中出現(xiàn)誤差的情況相同．【例3】下表是某同學(xué)在做“當(dāng)外力一定時加速度與質(zhì)量的關(guān)系〞的實驗時得到的實驗數(shù)據(jù)，請用圖象處理這些數(shù)據(jù)，并由此說明加速度與質(zhì)量的關(guān)系．1．(1〕探究加速度與力的關(guān)系時應(yīng)采用控制變量法．(2〕平街摩擦力的實質(zhì)是讓重力沿斜面的分力等于摩擦力．(3〕圖象法更能直觀地表現(xiàn)出各物理量之間的關(guān)系．2．探究加速度與質(zhì)量的關(guān)系時，也采用控制變量法．在用圖象探究兩者之間的關(guān)系時，為便于觀察，可靈活選取橫軸變量為1/m，從而間接得出a與m的關(guān)系．1．(多項選擇〕在“探究加速度與力的關(guān)系〞實驗中，以下說法正確的選項是( 〕A.平衡摩擦力時，小桶應(yīng)用細線通過定滑輪系在小車上，但小桶內(nèi)不能裝沙B.實驗中應(yīng)始終保持小車和硅碼的質(zhì)量遠遠大于沙和小桶的質(zhì)量C.實驗中如用縱坐標(biāo)表示加速度，用橫坐標(biāo)表示小桶和沙的總重力，描出對應(yīng)的點在一條直線上時，即可證明加速度與力成正比D.平衡摩擦力時，小車后面的紙帶必須連好，因為運動過程中紙帶也要受到阻力2．(多項選擇)在“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系〞實驗中，關(guān)于小車所受的合力，以下表達中正確的選項是( 〕A.小車所受的合力就是所掛小盤和硅碼的重力B.小車所受的合力的大小等于小盤和硅碼通過細繩對小車施加的拉力C.只有平衡摩擦力之后，小車所受合力才等于細繩對小車的拉力D.只有平衡摩擦力之后，且當(dāng)小車的質(zhì)量遠大于小盤和硅碼的總質(zhì)量時，小車所受合力的大小才可認(rèn)為等于小盤和硅碼的重力大小3．在探究加速度a和力F、質(zhì)量m的關(guān)系時，應(yīng)用的是 ( 〕A.控制變量法 B.等效替代法C.理論推導(dǎo)法 D.理想實驗法4．〔多項選擇〕在“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系〞的實驗中，以下說法正確的選項是 〔 〕A.平衡摩擦力時，小桶應(yīng)用細線通過定滑輪系在小車上，但小桶內(nèi)不能裝沙B.實驗中應(yīng)始終保持小車和硅碼的質(zhì)量遠遠大于沙和小桶的質(zhì)量C.實驗中如用縱坐標(biāo)表示加速度，用橫坐標(biāo)表示小車和車內(nèi)硅碼的總質(zhì)量，描出相應(yīng)的點在一條直線上時，即可證明加速度與質(zhì)量成反比D.平衡摩擦力時，小車后面的紙帶必須連好，因為運動過程中紙帶也要受到阻力5．某學(xué)習(xí)小組在進行“探究加速度與物體質(zhì)量、物體受力的關(guān)系〞實驗時，裝置如下圖．(1〕除桌面上的實驗器材外，還準(zhǔn)備了電磁打點計時器所用的學(xué)生電源、導(dǎo)線、復(fù)寫紙片和紙帶，要完成該實驗，還需要的實驗器材有和．(2〕實驗時保持鉤碼質(zhì)量m不變，探究小車加速度a與小車(包括車中硅碼〕質(zhì)量M的關(guān)系，以下做法正確的選項是．A.平衡摩擦力時，應(yīng)將長木板帶有滑輪的一端適當(dāng)墊高B.平衡摩擦力時，應(yīng)將鉤碼用細繩通過定滑輪系在小車上C.每次改變小車的質(zhì)量時，不需要重新平衡摩擦力D.實驗時，先釋放小車，再接通打點計時器電源(3〕當(dāng)M與m的大小關(guān)系滿足時，可以認(rèn)為繩對小車的拉力大小等于鉤碼的重力大?。?．在“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系〞的實驗中備有以下器材：A.打點計時器；B.天平；C.秒表；D.低壓交流電源；E.電池；F.紙帶；G.細繩、砝碼、小車、小盤；H.薄木板；I.裝有沙的小桶.〔1〕其中多余的器材是．〔2〕缺少的器材是．7．某同學(xué)設(shè)計了一個“探究加速度a與物體所受合力F及質(zhì)量m關(guān)系〞的實驗，圖甲為實驗裝置簡圖．〔交流電的頻率為50Hz〕〔1〕圖乙為某次實驗得到的紙帶，根據(jù)紙帶可求出小車的加速度大小為 m/s2．〔保存兩位有效數(shù)字〕〔2〕保持小車質(zhì)量不變，改變沙的質(zhì)量，該同學(xué)根據(jù)實驗數(shù)據(jù)作出了加速度a隨合力F的變化圖線，如圖丙所示．該圖線不通過原點，其主要原因是．甲乙丙1．利用如下圖的裝置“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系〞，下列說法中正確的選項是 〔 〕A.保持小車所受拉力不變，只改變小車的質(zhì)量，就可以探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系B.保持小車質(zhì)量不變，只改變小車的拉力，就可以探究加速度與力、質(zhì)量之間的關(guān)系C.先保持小車所受拉力不變，探究加速度與力的關(guān)系；再保持小車質(zhì)量不變，探究加速度與質(zhì)量的關(guān)系，最后歸納出加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系D.先保持小車質(zhì)量不變，探究加速度與力的關(guān)系；再保持小車受力不變，探究加速度與質(zhì)量的關(guān)系，最后歸納出加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系2．幾位同學(xué)在“探究加速度a和力F、質(zhì)量m的關(guān)系〞時，設(shè)小車質(zhì)量和車上硅碼質(zhì)量之和為M，沙及沙桶的總質(zhì)量為m，分別得出如下圖四條圖線，其中圖A、B、C是a－F圖線，圖D是a－1/M圖線，其中由于沒有平衡摩擦力的是 〔 〕3．某同學(xué)用如圖甲所示的裝置探究小車加速度與合外力的關(guān)系．圖甲中小車A左端連接一紙帶并穿過打點計時器B的限位孔，右端用一輕繩繞過滑輪系于拉力傳感器C的下端，A、B置于水平放置的一端帶有定滑輪的足夠長的木板上．不計繩與滑輪的摩擦及滑輪的質(zhì)量．實驗時，先接通電源再釋放小車，打點計時器在紙帶上打下一系列點．該同學(xué)在保證小車A質(zhì)量不變的情況下，通過改變P的質(zhì)量來改變小車A所受的外力，由傳感器和紙帶測得的拉力F和加速度a數(shù)據(jù)如下表所示．(1〕第4次實驗得到的紙帶如圖乙所示，O、A、B、C和D是紙帶上的五個計數(shù)點，每兩個相鄰點間有四個點沒有畫出，A、B、C、D四點到O點的距離如圖乙所示．打點計時器電源頻率為50Hz．根據(jù)紙帶上數(shù)據(jù)計算出加速度為 m/s2.(2〕在實驗中，(選填“需要〞或“不需要〞〕滿足重物P的質(zhì)量遠小于小車的質(zhì)量．(3〕根據(jù)表中數(shù)據(jù)，在如圖丙所示的坐標(biāo)系中作出小車加速度α與力F的關(guān)系圖象．(4〕根據(jù)圖象推測，實驗操作中重要的疏漏是 ．【考題】(2023·新課標(biāo)全國高考卷I〕某同學(xué)利用如圖甲所示實驗裝置及數(shù)字化信息系統(tǒng)獲得了小車加速度a與鉤碼的質(zhì)量m的對應(yīng)關(guān)系圖，如圖乙所示．實驗中小車(含發(fā)射器〕的質(zhì)量為200g，實驗時選擇了不可伸長的輕質(zhì)細繩和輕定滑輪，小車的加速度由位移傳感器及與之相連的計算機得到．答復(fù)以下問題：甲乙(1〕根據(jù)該同學(xué)的結(jié)果，小車的加速度與鉤碼的質(zhì)量成 (選填“線性〞或“非線性〞〕關(guān)系．(2〕由圖乙可