《4.2 實驗 探究加速度與力、質量的關系學案》由會員分享，可在線閱讀，更多相關《4.2 實驗 探究加速度與力、質量的關系學案（14頁珍藏版）》請在裝配圖網上搜索。

1、4.2 實驗 探究加速度與力、質量的關系導小汽車從靜止加速到100 km/h只需十幾秒的時間，滿載的貨車從靜止加速到100 km/h，用時較長，賽車安裝了強大發(fā)動機，質量與一般小汽車相仿，可以在四、五秒的時間內從靜止加速到100 km/h.從上面的例子我們可以看出：物體的質量越小，速度改變得越快，產生的加速度越大；牽引力越大，速度改變得越快，產生的加速度越大于是我們猜想，物體所獲得的加速度可能與外力有關，還可能與物體本身的質量有關據此，我們可以提出這樣的假設：物體所獲得的加速度，由它的質量和它所受的合力共同決定這個假設是否正確，我們可以設計一些實驗來檢驗一、實驗目的1學會用控制變量法研究物理規(guī)

2、律2探究加速度與力、質量的關系3掌握利用圖象處理數據的方法二、實驗原理采用控制變量法：1保持物體質量m不變，探究加速度a與力F的關系2保持物體所受的力相同，探究加速度a與質量m的關系三、實驗器材一端附有定滑輪的長木板；小車；帶小鉤的細繩；沙子和小桶；打點計時器；紙帶及復寫紙片；刻度尺；低壓交流電源、導線；砝碼；天平(帶有一套砝碼)四、實驗步驟1用天平測出小車和小桶的質量M和m桶，把數值記錄下來2按圖421所示把實驗器材安裝好，只是不把懸掛小桶的細繩系在小車上(即不給小車加牽引力)3平衡摩擦力4把細繩系在小車上并繞過定滑輪懸掛小桶，先接通電源再放開小車，取下紙帶，在打點紙帶上標上紙帶號碼5保持小

3、車的質量不變，在小桶內放入質量為m的沙，重復步驟4，在小桶內放入質量為m、m、的沙，再重復4，m、m、m、的數值都要記錄在紙帶上(或表格內)6在每條紙帶上都選取一段比較理想的部分，按“測定勻變速直線運動的加速度”實驗中的方法算出每條紙帶的加速度a.7用縱坐標表示加速度，橫坐標表示力，根據實驗結果在坐標平面上畫出相應的點若這些點在一條直線上，便證明了加速度與作用力成正比，即或aF.8保持沙和小桶的質量不變，在小車上依次加砝碼(也需做好記錄)，重復上述步驟4和步驟6.用縱坐標表示加速度，橫坐標表示小車及砝碼總質量的倒數，在坐標平面上根據實驗結果畫出相應的點如果這些點是在一條直線上，就證明加速度與質

4、量成反比，即或a.五、注意事項1平衡摩擦力時不要掛重物，整個實驗平衡了摩擦力后，不管以后是改變盤和砝碼的質量還是改變小車及砝碼的質量，都不需要重新平衡摩擦力2實驗中必須滿足小車和砝碼的質量遠大于小盤和砝碼的總質量只有如此，砝碼和小盤的總重力才可視為與小車受到的拉力相等3作圖象時，要使盡可能多的點在所作直線上，不在直線上的點應盡可能對稱分布在所作直線兩側離直線較遠的點是錯誤數據，可舍去不予考慮4小車應靠近打點計時器且先接通電源再放手.一、實驗操作例1 在利用打點計時器探究加速度與力、質量的關系的實驗中，以下做法正確的是()A平衡摩擦力時，應將重物用細繩通過定滑輪系在小車上B每次改變小車的質量時，

5、不需要重新平衡摩擦力C實驗時，先放開小車，后接通電源D“重物的質量遠小于小車的質量”這一條件如不滿足，對探究過程也不會產生影響解析平衡摩擦力不應掛重物，A錯；實驗時，應先接通電源后，再放開小車，C錯；如果重物的質量不能遠小于小車的質量，重物的重力就不能近似看成細繩對小車的拉力，產生的誤差就很大，D錯答案B(1)打點計時器的規(guī)范操作要求實驗時，應先接通電源，待打點計時器工作穩(wěn)定后再放開小車如果先放開小車，就不能保證打出合格的紙帶(2)提供恒定合外力的條件實驗要求重物的質量遠小于小車的質量，因為只有這樣，重物的重力才近似等于細繩對小車的拉力. 二、數據處理例2 在做“探究加速度與力、質量的關系”的

6、實驗時，計算出各紙帶的加速度后，將測得的加速度a和力F的有關數據記錄在表1中將測得的反映加速度a和質量m的數據列在表2中表1 a/(ms2)1.984.065.958.12F/N1.002.003.004.00表2a/(ms2)2.042.663.233.98/kg10.500.670.801.00(1)根據表中所列數據，分別畫出aF圖象和a的圖象(2)從圖象可以判定：當m一定時，a與F的關系為_；當F一定時，a與m的關系為_解析建立坐標系，確定標度，描點畫出aF圖象和a圖象分別如下圖甲、乙所示 (2)由圖象甲可知，a-F圖象為過原點的直線，所以a F，即a與F是正比關系由圖象乙知，a-圖象為

7、過原點的直線，所以，a，即a與m成反比關系答案(1)見解析圖(2)正比關系反比關系 作圖象時，應使盡可能多的點落在直線上，不在直線上的點應均勻分布于直線兩側，偏離太大的點應舍棄掉. 三、誤差分析例3 某實驗小組的幾名同學在探究加速度與物體的質量以及外力關系的實驗中，當物體的質量一定時，分別根據實驗數據畫出了不同的實驗圖象，如圖423所示，下列說法中分析正確的是()圖423A形成圖甲的原因是平衡摩擦力時長木板傾角過大B形成圖乙的原因是平衡摩擦力時長木板傾角過小C形成圖丙的原因是平衡摩擦力時長木板傾角過大D形成圖丁的原因是平衡摩擦力時長木板傾角過小解析根據圖象可分析，甲、乙兩圖中，當外力F0時加速

8、度a0，則說明F0時已經有加速度，這說明木板傾角過大木板的傾角越大，小車獲得的動力就越大，越容易出現甲、乙兩圖所對應的情況，因此A正確丙、丁兩圖中，當加速度a0時外力F0，即拉力不為零時加速度卻仍為零，這說明還有摩擦力沒有平衡掉，因此木板傾角過小，選項D正確答案AD本實驗中，小車所受的作用力是指小車所受的合外力，如果不采用一定的辦法平衡掉小車以及紙帶所受的摩擦力，或者平衡摩擦力時，方法不正確，都會帶來很大的實驗誤差. 1.在“探究加速度與力、質量的關系”的實驗中，關于平衡摩擦力的說法中正確的是()A“平衡摩擦力”的本質就是想法讓小車受到的摩擦力為零B“平衡摩擦力”的本質就是使小車所受的重力在沿

9、斜面方向的分力與所受到的摩擦阻力相平衡C“平衡摩擦力”的目的就是要使小車所受的合力等于所掛砝碼通過細繩對小車施加的拉力D“平衡摩擦力”是否成功，可由小車拖動后由打點計時器打出的紙帶上的點跡間距是否均勻而確定答案BCD解析小車運動過程中受的阻力是永恒存在的，無法使之為零，故A項錯誤；要使小車勻速下滑，平衡摩擦力即小車重力沿斜面的分力“mgsin ”應與摩擦阻力Ff相平衡，進而小車所受的合力也就等于所掛鉤碼通過細繩和滑輪對小車施加的拉力，故B、C、D正確2在用實驗探究加速度和力的關系時，下列關于實驗的思路和數據分析，正確的是()A實驗的基本思想是：保持物體的質量不變，測量物體在不同力作用下的加速度

10、，分析加速度與力的關系B實驗的基本思想是：保持物體所受力相同，測量質量不同的物體在該力作用下的加速度，分析加速度與質量的關系C在處理實驗數據時，以a為縱坐標，F為橫坐標，根據數據在坐標系中描點，若這些點在一條過原點的直線上，說明a與F成正比D在處理實驗數據時，以a為縱坐標，m為橫坐標，根據數據在坐標系中描點，若這些點在一條過原點的直線上，說明a與m成正比答案ABC3如圖424所示，在研究牛頓第二定律的演示實驗中，若1、2兩個相同的小車所受拉力分別為F1、F2，車中所放砝碼的質量分別為m1、m2，打開夾子后經過相同的時間兩車的位移分別為x1、x2，則在實驗誤差允許的范圍內，有()A當m1m2、F

11、12F2時，x12x2B當m1m2、F12F2時，x22x1C當F1F2、m12m2時，x12x2D當F1F2、m12m2時，x22x1答案A解析題中m1和m2是車中砝碼的質量，不能認為是小車的質量本題中只說明了兩小車是相同的，并未告訴小車的質量是多少當m1m2時，兩車加砝碼總質量仍相等，若F12F2，則a12a2，由xat2得x12x2，A對當F1F2時，若m12m2時，無法確定兩車加砝碼后的總質量關系，兩小車的加速度關系也就不明確，故無法判定兩車的位移關系4在“探究加速度與力、質量的關系”實驗中，關于小車所受的合力，下列敘述中正確的是()A小車所受合力就是所掛吊盤和砝碼的重力B小車所受合力

12、的大小等于吊盤和砝碼通過細繩對小車所施加的拉力C只有平衡摩擦力后，小車所受合力才等于細繩對小車的拉力D只有平衡摩擦力后，且小車的質量M遠大于吊盤與砝碼的總質量時，小車所受合力可以認為等于吊盤和砝碼的重力答案CD解析吊盤和砝碼的重力不可以說成是小車所受的合力，故選項A錯誤由于小車下滑必受摩擦力作用，平衡摩擦力實際是小車重力的下滑分力抵消摩擦力，此時小車所受合力等于細繩的拉力，故選項B錯誤，選項C正確因為吊盤與砝碼拉動小車共同加速運動，細繩對小車的拉力并不等于吊盤與砝碼的重力可以證明只有當小車質量M遠遠大于吊盤與砝碼質量m時，細繩中的拉力才可以近似等于吊盤與砝碼的重力，故選項D正確5經過對加速度與

13、物體的質量和合外力的關系的探究學習，已經知道物體的加速度a與物體受的力F及物體的質量m滿足的關系式aF，a.如果在光滑的水平面上有一質量為m的物體受到水平力F作用，從靜止開始在t時間內移動了x距離，今要使距離變?yōu)?x可采用以下哪一種方法()A將水平恒力增為4FB將物體質量減為原來的一半C將作用時間增為2tD將作用時間增為4t答案AC解析當質量m、作用時間不變時，作用力增為4F，由于aF，所以加速度a增為原來的4倍由xat2得，距離變?yōu)?x；當F、m不變時，a不變，時間變?yōu)?t時，由xat2得，距離變?yōu)?x.6在探究a與F、M關系的實驗中，得到了如下一組實驗數據：F/N0.1960.2940.3

14、920.4900.588a/(ms2)0.250.380.901.201.53(1)在圖425所示的坐標中，畫出aF圖線圖425(2)從圖中可以發(fā)現實驗操作中的問題是什么？答案(1)如下圖所示(2)未平衡摩擦力或平衡摩擦力不夠實驗原理和注意的問題例1 在“探究加速度與力、質量的關系”實驗中，下列說法中正確的是()A平衡摩擦力時，托盤應用細線通過定滑輪系在小車上，但托盤內不能裝砝碼B實驗中無需始終保持小車和砝碼的總質量遠遠大于托盤和砝碼的質量C實驗中如用縱坐標表示加速度，用橫坐標表示小車和車內砝碼的總質量，描出相應的點在一條直線上時，即可證明加速度與質量成反比D平衡摩擦力時，小車后面的紙帶必須連

15、好，因為運動過程中紙帶也要受阻力答案D解析平衡摩擦力時，不應掛托盤，但應帶紙帶運動，所以A錯，D對；實驗中要求始終保持小車和砝碼的質量遠遠大于托盤和砝碼的質量，所以B不正確；同時C也不正確拓展探究在“探究牛頓第二定律”的實驗中，為了探究滑塊質量m0不變時，加速度與外力F的定量關系，砝碼質量m和滑塊質量m0分別選取下列四組值：Am0500 g，m分別為50 g,70 g,100 g,125 gBm0500 g，m分別為20 g,30 g,40 g,50 gCm0200 g，m分別為50 g,75 g,100 g,125 gDm0200 g，m分別為30 g,40 g,50 g,60 g若其他操作

16、都正確，那么在選用_組值測量時所畫出的aF圖線較準確答案B解析探究滑塊質量m0不變時，加速度與外力F的定量關系，是用砝碼的重力代替對滑塊的拉力，為了減小實驗誤差，應使m0m，為此選B組值誤差較小1平衡摩擦力是指小車所受動力(重力沿斜面向下的分力)與小車所受阻力(包括小車所受摩擦力和打點計時器對小車后所拖紙帶的摩擦力)大小相等實驗中應在小車后拖上紙帶，先接通電源，再用手給小車一個初速度，若紙帶上打出的點的間隔基本上均勻，就表明平衡了摩擦力，否則須重新調整小木塊位置2在探究a與m的關系時，是通過作a的圖象，特點是正比關系，而得到a與m成反比關系的3實驗中是把沙和沙桶所受的總重力mg視為車和砝碼所受

17、力，因此，實驗操作時必須滿足mM的條件，不得隨意增大m或者減小M，以至于出現較大的實驗誤差. 實驗操作問題圖421例2 用如圖421所示的裝置研究在作用力F一定時，小車的加速度a與小車質量m的關系，某位同學設計的實驗步驟如下：A用天平稱出小車和小桶及內部所裝砂子的質量；B按圖裝好實驗器材；C把輕繩系在小車上并繞過定滑輪懸掛砂桶；D將電磁打點計時器接在6 V電壓的蓄電池上，接通電源，放開小車，打點計時器在紙帶上打下一系列點，并在紙帶上標明小車質量；E保持小桶及其中砂子的質量不變，增加小車上的砝碼個數，并記錄每次增加后的m值，重復上述實驗；F分析每條紙帶，測量并計算出加速度的值；G作am關系圖象，

18、并由圖象確定am關系(1)該同學漏掉的重要實驗步驟是_，該步驟應排在_步實驗之后(2)在上述步驟中，有錯誤的是_，應把_改為_(3)在上述步驟中，處理不恰當的是_，應把_改為_答案(1)該同學漏掉的重要實驗步驟是平衡摩擦力，該步驟應排在按圖裝好實驗器材即B步實驗之后 (2)在上述步驟中，有錯誤的是步驟D，應把6 V電壓的蓄電池改為6 V以下交流電壓的學生電源(3)在上述步驟中，處理不恰當的是步驟G，應把am圖象改為a圖象解析本題主要考查對實驗原理和實驗步驟的理解和分析，實驗中把小桶及其中砂子的重力看做與小車所受拉力大小相等，沒有考慮摩擦力，故必須平衡摩擦力電磁打點計時器接在6 V電壓的蓄電池上

19、將無法工作，必須接在6 V以下交流電壓的學生電源上作am關系圖象，得到的是雙曲線，很難作出正確的判斷，必須“化曲為直”，改作a關系圖象1實驗操作中應注意平衡摩擦力整個實驗平衡了摩擦力后，不管以后是改變托盤和砝碼的質量，還是改變小車的質量，都不需要重新平衡摩擦力平衡摩擦力是指小車所受重力沿斜面的分力與小車所受阻力(包括小車所受摩擦力和打點計時器對小車后面所拖紙帶的摩擦力)大小相等即mgsin mgcos ，tan ，與小車的質量無關2應注意先對打點計時器通電，待打點穩(wěn)定后再釋放小車. 數據處理和誤差分析例3 某同學設計了一個探究加速度a與物體所受合力F及質量m關系的實驗，如圖422所示，圖甲為實

20、驗裝置簡圖(交流電的頻率為50 Hz) 圖422(1)圖乙為某次實驗得到的紙帶，根據紙帶可求出小車的加速度大小為_m/s2(保留兩位有效數字)(2)保持砂和砂桶質量不變，改變小車質量m，分別得到小車加速度a與質量m及對應的，數據如下表：實驗次數12345678小車加速度 a/(ms2)1.901.721.491.251.000.750.500.30小車質量m/kg0.250.290.33 0.400.500.711.00 1.67/kg14.003.453.032.502.001.411.000.60請在如圖423所示的方格坐標紙中畫出a圖線，并依據圖線求出小車加速度a與質量倒數之間的關系式是

21、_圖423(3)保持小車質量不變，改變砂和砂桶質量，該同學根據實驗數據作出了加速度a隨合力F的變化圖線，如圖424所示該圖線不通過原點，請你分析其主要原因是_圖424答案(1)3.2(2)a m/s2(3)實驗前沒有平衡摩擦力或者平衡摩擦力不充分解析(1)在連續(xù)相等的時間間隔內，從紙帶上可得到四段位移大小，可以選用逐差法計算加速度由紙帶上的數據可知：x16.19 cm，x26.70 cm，x37.21 cm，x47.72 cm.電火花計時器的打點周期為：T s0.02 s，用逐差法計算加速度為a13.19 m/s2，a23.19 m/s2，所以a(a1a2)3.2 m/s2.(2)根據題目提供

22、的小車加速度a與質量m對應的倒數的有關數據，可在坐標紙中描出8個對應點，用一條平滑曲線“連接”各點，使盡量多的點落在直線上，不在直線上的點大致均勻分布在直線的兩側，得到的a圖線如下圖所示，由圖可得a m/s2.(3)由圖4-2-4可分析，當加速度a為零時，此時必須提供一定的拉力F，說明實驗前沒有平衡摩擦力或者平衡摩擦力不充分圖4-2-2的圖甲中，木板應該適當墊高右端1控制變量法：當研究多個物理量的變化規(guī)律時，為了簡便，可設計保持其他物理量不變，只研究剩余兩個變化物理量的關系，這種方法叫做控制變量法2對比實驗法：兩個相同的小車放在光滑水平板上，前端各系一條細繩，繩的另一端跨過定滑輪各掛一個小盤，

23、盤中各放數目不等的砝碼，就可以驗證質量一定的條件下，加速度與力的關系對比實驗法在物理實驗中經常用到兩小車后端各系一條細繩，一起被一個夾子夾著而使小車靜止(如圖下圖所示)打開夾子，兩小車同時開始運動，關上夾上，兩小車同時停下來用刻度尺測出兩小車通過的位移，位移之比就等于它們的加速度之比3圖象法處理數據：此實驗要探究加速度與力、質量的定量關系，當通過實驗測出所需的物理量后，我們很難直接通過觀察數據得出物理量之間的關系，此時，我們可以借助物理圖象，從圖象可以比較直觀地觀察出物理量之間的關系. 1.在本實驗中，下列做法和理由正確的是()A實驗中所用電源為低壓直流電源B可以將裝有砂子的小桶用鉤碼代替，這

24、樣會使實驗更加方便 C實驗結果不用aM圖象，而且a1/M圖象，是為了便于根據圖象直觀地作出判斷D小車運動的加速度可用天平測出小桶和砂的質量(M和m)以及小車質量M后直接用公式a(Mm)g/M求出(Mm)M答案C解析打點計時器需要低壓交流電源，所以A錯誤若用鉤碼代替裝有砂子的小桶進行實驗，由于鉤碼的質量太大，不利于進行調節(jié)拉力的大小，故B錯誤用a1/M圖象進行驗證，這樣能更直觀地對問題進行判斷，所以C正確本實驗是探究a與F、m的關系，直接運用牛頓第二定律aF/m求出a是不對的，這是一種邏輯錯誤2兩個相同的小車并排放在光滑水平桌面上，小車前端系上細線，線的另一端跨過定滑輪各掛一個小盤，盤里分別放有

25、不同質量的砝碼(圖425(a)小車所受的水平拉力F的大小可以認為等于砝碼(包括砝碼盤)所受的重力大小小車后端也系有細線，用一只夾子夾住兩根細線(圖(b)，控制兩輛小車同時開始運動和結束運動圖425由于兩個小車初速度都是零，運動時間又相同，xat2/2，即xa，只要測出兩小車位移x之比就等于測出它們的加速度a之比實驗結果是：當小車質量相同時，_；當拉力F相等時，_.實驗中用砝碼(包括砝碼盤)所受的重力Gmg的大小作為小車所受拉力F的大小，這樣做會引起實驗誤差，為了減小這個誤差，G與小車所受重力Mg之間需要滿足的關系是：_.答案加速度與拉力成正比加速度與質量成反比GMg解析實驗過程中，當兩小車質量

26、相同時，砝碼(包括砝碼盤)重力越大，位移越大，則加速度越大，進行實驗時會發(fā)現，加速度與所受拉力成正比；若砝碼重力不變，即拉力不變時，質量越大的小車位移越小，即加速度越小進行測量分析知，加速度與質量成反比砝碼(包括砝碼盤)的重力大于小車所受的拉力，但如果砝碼的重力G遠小于小車的重力Mg時，G近似等于拉力F.3用如圖426所示裝置，探究“加速度與力、質量的關系”的活動中：圖426(1)某同學在接通電源進行實驗之前，將實驗器材組裝如圖所示請你指出該裝置中錯誤或不妥之處：_.(2)改正實驗裝置后，該同學順利地完成了實驗圖427是他在實驗中得到的一條紙帶，圖中相鄰兩計數點之間的時間間隔為0.1 s，由圖

27、中的數據可算得小車的加速度a為_m/s2.圖427答案(1)打點計時器不應使用干電池，應使用交流電源；實驗中沒有平衡小車的摩擦力；小車初始位置離打點計時器太遠(2)0.195解析(1)打點計時器必須使用交流電源，不能使用干電池；為保證細繩對小車的拉力作為小車受的合外力，實驗前必須平衡摩擦力，該裝置卻沒有平衡摩擦力；為了在紙帶上打下更多的點，實驗時小車的初始位置離打點計時器不可太遠(2)加速度可用逐差法求出：a m/s2 0.195 m/s24同學們在做探究加速度與物體質量和合外力的關系的實驗時：(1)甲同學為了使小車受到的合外力等于小桶和砂的總重量，他采用如下兩個措施：平衡摩擦力：將長木板無滑

28、輪的一端下面墊一小木塊，反復移動木塊的位置，直到小車在小桶的拉動下帶動紙帶與小車一起做勻速直線運動；調整砂的多少，使砂和桶的總質量m遠小于小車和砝碼的總質量M.請問：以上哪一個措施中有重大錯誤？(2)乙同學在實驗中，他保持小車及砝碼總質量M不變，反復改變砂的質量，并測得一系列數據，結果發(fā)現小車受到的合外力(小桶及砂的總重量mg)與加速度的比值略大于小車及砝碼總質量M，經檢查發(fā)現滑輪非常光滑，打點計時器工作正常，且事先基本上平衡了摩擦力，那么出現這種情況的主要原因是什么？答案見解析解析(1)中平衡摩擦力時，不應用小桶拉動小車做勻速運動，應讓小車帶動紙帶下滑來平衡摩擦力即可；(2)由于未滿足mM，

29、拉小車的合外力Fmg，因此，M.5在實驗中某人得不出當小車的質量一定時，加速度a與作用力F成正比的正確圖線，而是得出下列圖線請分別說出得到(A)、(B)、(C)三種圖的原因答案(A)圖原因是平衡摩擦力過度(B)圖原因是平衡摩擦力不足(C)圖原因是沒有滿足mM條件解析得到(A)圖的原因是：平衡摩擦力過度從圖中可以看出，圖線在縱軸上的截距為一正值，表示外力作用為零時，已經有了加速度這是因為墊木太厚，造成小車在自身作用下向下滑動得到(B)圖的原因是：平衡摩擦力不足，因為圖線在橫軸上的截距為一正值表示外加作用力已經為某一值時小車的加速度仍為零，這意味著摩擦力還需要一部分拉力來平衡得到(C)圖的原因是沒有滿足mM這個條件，即托盤及砝碼的質量遠小于小車質量當作用力較大時，圖線向下偏，這表示a的值偏小我們知道(C)圖橫軸的F實際是盤及其中砝碼的總重力mg，而縱軸的a則是由實際的力即繩子的拉力來決定，當拉力越大時，與mg的偏離也越大，這是造成圖(C)的原因14