2019版新教材高中物理 第4章 第2節(jié) 實驗：探究加速度與力、質(zhì)量的關系學案 新人教版必修第一冊

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1、第2節(jié)　實驗：探究加速度與力、質(zhì)量的關系 1．實驗原理 (1)探究方法——控制變量法 ①控制小車的質(zhì)量M不變，改變拉力F，探究加速度a與力F的關系。 ②控制所掛槽碼的質(zhì)量m不變，即力F不變，改變小車的質(zhì)量M，探究加速度a與質(zhì)量M的關系。 (2)要測量的物理量 ①小車與其上砝碼的總質(zhì)量M。 ②小車受的拉力F(所掛槽碼的重力)。 ③小車的加速度a。 2．實驗器材 打點計時器、紙帶、復寫紙、小車、一端附有定滑輪的長鋁板、槽碼、夾子、細繩、低壓交流電源、導線、天平(帶有一套砝碼)、刻度尺。 典型考點一　　　實驗原理和方法 1．在“探究加速度與力、質(zhì)量的關系”的實驗中

2、，滲透了研究問題的多種科學方法： (1)實驗環(huán)境的等效法：________________。 (2)實驗條件設計的科學方法：________________。 (3)實驗原理的簡化：________，即當小車質(zhì)量M車?m砂時，細繩對小車的拉力大小近似等于砂及桶的總重力m砂g。 (4)實驗數(shù)據(jù)處理的科學方法：________。 (5)由a-M車圖像轉化為a-圖像，所用的科學方法：________。 (以上各題均選填“理想實驗法”“圖像法”“平衡摩擦力法”“化曲為直法”“控制變量法”或“近似法”) 答案　(1)平衡摩擦力法　(2)控制變量法　(3)近似法 (4)圖像法　(5)化曲為

3、直法 解析　(1)由于小車運動時受到摩擦阻力，所以要平衡摩擦力，以減小實驗誤差，稱為平衡摩擦力法。 (2)在探究加速度、力與質(zhì)量三者關系時，先保持其中一個量不變，來探究其他兩個量之間的關系，稱為控制變量法。 (3)當小車質(zhì)量M車?m砂時，細繩對小車的拉力大小近似等于砂及桶的總重力m砂g，稱為近似法。 (4)通過圖像研究實驗的結果，稱為圖像法。 (5)在作圖時，由a-M車圖像轉化為a-圖像，使圖線由曲線轉化為直線，稱為化曲為直法。 典型考點二　　　實驗步驟及注意事項 2．在“探究加速度與力、質(zhì)量的關系”實驗中，某組同學用如圖所示裝置，采用控制變量的方法，來研究小車質(zhì)量不變的情況下，

4、小車的加速度與小車受到的力的關系，下列措施中正確的是(　　) ①首先要平衡摩擦力，使小車受到的合力就是細繩對小車的拉力 ②平衡摩擦力的方法就是在砂桶中添加砝碼，使小車能勻速滑動 ③每次改變拉小車的拉力后都需要重新平衡摩擦力 ④實驗中通過在砂桶中增加砝碼來改變小車受到的拉力 ⑤實驗中應先放小車，然后再開打點計時器的電源 ⑥實驗中繩子拉力方向跟平板平行 A．①④⑤ B．②③⑥ C．①③⑥ D．①④⑥ 答案　D 解析　實驗時首先要平衡摩擦力，使小車受到的合力就是細繩對小車的拉力，故①正確；平衡摩擦力的方法就是小車與紙帶相連，小車前面不掛砂桶，把小車放在墊有墊塊的平板上并給小

5、車一個初速度，看小車能否做勻速直線運動，故②錯誤；每次改變拉小車的拉力后都不需要重新平衡摩擦力，故③錯誤；實驗中通過在砂桶中增加砝碼來改變小車受到的拉力，故④正確；實驗中應先接通電源，后放開小車，故⑤錯誤；實驗中繩子拉力方向跟平板平行，故⑥正確。故選D。 典型考點三　　　實驗數(shù)據(jù)處理及誤差分析 3．某同學在“探究加速度與力、質(zhì)量的關系”實驗中，采用如圖甲所示的裝置。 (1)在平衡小車與長木板之間摩擦力的過程中，打出了一條紙帶如圖乙所示。計時器打點的時間間隔為0.02 s。從比較清晰的點起，每5個點取一個計數(shù)點，量出相鄰計數(shù)點之間的距離，根據(jù)圖中給出的數(shù)據(jù)求出該小車的加速度a＝____

6、____ m/s2(結果保留兩位有效數(shù)字)。 (2)如圖丙所示為該同學在探究加速度a與力F的關系時，根據(jù)測量數(shù)據(jù)作出的a-F圖像，說明實驗存在的問題是________________________。 答案　(1)0.16　(2)平衡摩擦力不足或未平衡摩擦力 解析　(1)小車的加速度 a＝＝ m/s2≈0.16 m/s2。 (2)由圖線可知，當力F達到一定值時，小車才有加速度，原因是平衡摩擦力不足或未平衡摩擦力。 典型考點四　　　實驗創(chuàng)新 4．為了探究加速度與力的關系，使用如圖所示的氣墊導軌裝置進行實驗。其中G1、G2為兩個光電門，它們與數(shù)字計時器相連，當滑行器通過G

7、1、G2光電門時，光束被遮擋的時間Δt1、Δt2都可以被測量并記錄?；衅鬟B同上面固定的一條形擋光片的總質(zhì)量為M，擋光片寬度為D，光電門間距離為x，牽引砝碼的質(zhì)量為m?；卮鹣铝袉栴}。 (1)實驗開始時應先調(diào)節(jié)氣墊導軌下面的螺釘，使氣墊導軌水平，在不增加其他儀器的情況下，判定調(diào)節(jié)是否到位的方法是_________________________ _________________________。 (2)若取M＝0.4 kg，改變m的值，進行多次實驗，以下m的取值不合適的一個是________。 A．m1＝5 g B．m2＝15 g C．m3＝40 g D．m4＝400 g (

8、3)在此實驗中，需要測得每一個牽引力對應的加速度，其中求得的加速度的表達式為__________________(用Δt1、Δt2、D、x表示)。 答案　(1)取下牽引砝碼，滑行器放在任意位置都不動(或取下牽引砝碼，輕推滑行器，用數(shù)字計時器記錄的每一個光電門的光束被遮擋的時間Δt都相等) (2)D　(3)a＝ 解析　(1)取下牽引砝碼，滑行器放在任意位置都不動；或取下牽引砝碼，輕推滑行器，用數(shù)字計時器記錄的每一個光電門的光束被遮擋的時間Δt都相等。 (2)實驗要求m?M，而M＝0.4 kg，故當m＝400 g時不符合要求。 (3)滑行器通過光電門G1時的速度v1＝，通過光電門G2時的速度v2＝?；衅髯鰟蚣铀龠\動，根據(jù)運動學公式v－v＝2ax，可得a＝＝。 - 5 -