学生实验PPT及专用教学设计内容

实验复习：探究加速度与力、质量的关系(教师版) 长沙市雅礼中学

胡雁军

考纲解读

1．学会用控制变量法研究物理规律；

2．学会灵活运用图像法处理物理问题的方法；

3．探究加速度与力、质量的关系，并验证牛顿第二定律。

教学过程

从基础出发

例1、(人大附中模拟题)高三某同学在动手重温“验证牛顿第二定律”的学生实验中，计划使用如图所示的实验装置。

(1)实验中，需要平衡打点计时器对小车的阻力及其它阻力：小车放在木板上，不挂砂桶，后面固定一条纸带，纸带穿过打点计时器。把木板一端垫高，调节木板的倾斜度，给小车初速度，使小车能拖动纸带沿木板做__________运动。[匀速] (2)在平衡摩擦力后，小车在运动过程中所受的拉力_______砝码和盘的总重力(填“大于”、“小于”或“等于”)；当小车的质量M与砝码和盘的总质量m满足________的条件时，小车受到的合外力近似等于砂和砂桶的重力。[小于，M>>m] (3)已知打点计时器所用电源的频率为50 Hz，小车运动过程中所得到的纸带的一部分如图所示，图中标出了五个连续的打点之间的距离。物块下滑时的加速度a=________m/s2(结果保留三位有效数字)。

(4)该同学在做“保持小车质量一定时，验证小车的加速度与其所受合外力的关系”的分歩实验时，根据测得的数据作出如图所示的a－F图线，所得的图线既不过原点，又不是直线，原因可能是_______。(选填选项前的字母)[BD] a A．木板右端所垫物体较低，使得木板的倾角偏小

B．木板右端所垫物体较高，使得木板的倾角偏大

O F C．小车质量远大于钩码的质量

D．钩码的质量不是总远小于小车质量

(5)该同学在分析实验数据的产生原因后，他重新调节了木板的倾斜度，直至能很好补偿打点计时器对小车的阻力及其他阻力。保持砂和砂桶质量不变，改变小车中砝码质量，进行多次测量，得到多组小车的加速度a、质量M实验数据。为了更好地探究加速度与质量的关系，最好在坐标纸上画出_______和_______的关系图线。[a~1/M或1/a~M] 通过例1突出对象、合力的测量、加速度的测量、实验数据的处理和实验结果的分析。

问题1、实验的研究对象是谁？[小车] 问题2、该同学如何测量小车的合外力？[平衡小车受到的摩擦力，在满足M>>m的条件下，合外力近似等于mg] 问题3、实验采用什么方法测量加速度？[逐差法] 问题4、实验采用什么方法处理实验数据？[图象法]

向能力拓展

提问：除了用例1中的方案来测量合外力之外，还有没有其他测量合外力的方案？(先学生讨论，再师生一起归纳) 力电传感器(无线) 思考1、例1中平衡摩擦力后，小车的合外力等于细线的拉力，利用什么器材可以直接测量出细线的拉力？[平衡摩擦力后利用力电传感器直接测量小车受到的拉力(如图所示)，采用这种方案测量合外力不需要满足M>>m的条件] 思考2、将例1中的木板换成气垫导轨，小车换成滑块(如图所示)。导轨还需倾斜吗？滑块的合外力在什么条件下等于沙和沙桶的重力？[不需要，M>>m] 思考3、随着m的增加，会越来越不满足M>>m的条件，合外力与mg的差别越来越大，怎么办？[例2] 例2、(湖北省模拟题)用如图所示的实验装置可以探究“在质量不变的情况下，加速度与合外力成正比”．小车上固定一个盒子，盒子内盛有沙子，小车的总质量(包括车、盒子及盒内沙子)记为M，沙桶的总质量(包括桶以及桶内沙子)记为m．

平衡摩擦力后，挂上沙桶，从盒子中取出一些沙子，装入沙桶中，称量并记录沙桶的总重力mg，将该力视为合外力F，对应的加速度a则从打点纸带中计算得到．多次改变合外力F的大小，每次都会得到一个相应的加速度．以合外力F为横轴、加速度a为纵轴画出a﹣F图象，图线是过原点的直线．

(1)a﹣F图象斜率的物理意义是_____________。[1/(m+M)] (2)实验中把沙桶的总重力mg当作合外力F，沙桶的总质量m和小车的总质量M是否需要满足M>>m的关系：_________(填“需要”或“不需要”)。[不需要] 思路：

明确实验目的：在质量不变的情况下，加速度与合外力成正比。

确定研究对象：①小车的质量变不变？[变化]②砂桶的总质量变不变？[变化]③谁的质量不变？[系统(其质量为M+m)] 测量实验数据：对象的合外力F等于砂桶的总重力(mg)。

1实验结果应用：写出a~F的表达式(a=F) Mm除了上面的方法外，还可以利用其他方法来平衡摩擦力，测量对象受到的合外力。

例3、(浙江省模拟题)某实验小组在“探究加速度与物体受力的关系”实验中，设计出如下的实验方案，其实验装置如图所示．已知小车质量M=214.6g，砝码盘质量m0=7.8g，所使用的打点计时器交流电频率f=50Hz。其实验步骤是：

A．按图中所示安装好实验装置；

B．调节长木板的倾角，轻推小车后，使小车能沿长木板向下做匀速运动；

C．取下细绳和砝码盘，记下砝码盘中砝码的质量m；

D．将小车置于打点计时器旁，先接通电源，再放开小车，打出一条纸带，由纸带求得小车的加速度a；

E．重新挂上细绳和砝码盘，改变砝码盘中砝码的质量，重复B－D步骤，求得小车在

不同合外力F作用下的加速度．

回答下列问题：

(1)按上述方案做实验，是否要求砝码和砝码盘的总质量远小于小车的质量？________(填“是”或“否”)．[否] (2)某同学将有关测量数据填入他所设计的如下表格中

次数

砝码盘中砝码的重力F/N

小车的加速度a/(m·s2)

－1

0.10

0.88

2

0.20

1.44

3

0.29

1.84

4

0.39

2.38

5 0.49 2.89 他根据表中的数据画出a－F图象造成图线不过坐标原点的一条最主要原因是___________________，从该图线延长线与横轴的交点可求出的物理量是____________________，其大小为____________．

[在计算小车所受的合外力时未计入砝码盘的重力，砝码盘的重力，0.08N]

练习、用如图所示的装置探究加速度与力的关系，带滑轮的长木板和弹簧测力计均水平固定．

(1)实验时，一定要进行的操作是(

) A．小车靠近打点计时器，先接通电源，再释放小车，打出一条纸带，同时记录弹簧测力计的示数

B．改变砂和砂桶质量，打出几条纸带

C．用天平测出砂和砂桶的质量

D．为了减小误差，实验中一定要保证砂和砂桶的质量远小于小车的质量

(2)以弹簧测力计的示数F为横坐标，以加速度a为纵坐标，画出的a-F图象可能正确的是(

)

(3)若给出的a-F图象的斜率为k，则小车的质量为________．

答案：(1)AB

(2)a

(3)2/k

将思路总结

明确实验目的：m一定，探究a与F合的关系；F合一定，探究a与m的关系。

确定研究对象：单个物体或由几个物体组成的系统。(测量对象的加速度a、对象的质量m和对象的合外力F) 选择测量方法：

测量加速度a：一般应用运动学公式处理，如a=Δx/T2、a=Δv/Δt、a=(v2-v02)/(2x)、x=v0t+at2/2等等。

测量合外力F：一般先对对象进行受力分析，再相机处理——直接测量或间接测量。

处理实验数据：常采用图像法处理，一般处理成线性关系。

分析实验结果：将横、纵坐标的关系式与图线结合进行分析。

实验复习：探究加速度与力、质量的关系(学生版) 长沙市雅礼中学

胡雁军

考纲解读

1．学会用控制变量法研究物理规律；

2．学会灵活运用图像法处理物理问题的方法；

3．探究加速度与力、质量的关系，并验证牛顿第二定律。

教学过程

从基础出发

例1、(人大附中模拟题)高三某同学在动手重温“验证牛顿第二定律”的学生实验中，计划使用如图所示的实验装置。

(1)实验中，需要平衡打点计时器对小车的阻力及其它阻力：小车放在木板上，不挂砂桶，后面固定一条纸带，纸带穿过打点计时器。把木板一端垫高，调节木板的倾斜度，给小车初速度，使小车能拖动纸带沿木板做__________运动。

(2)在平衡摩擦力后，小车在运动过程中所受的拉力_______砝码和盘的总重力(填“大于”、“小于”或“等于”)；当小车的质量M与砝码和盘的总质量m满足________的条件时，小车受到的合外力近似等于砂和砂桶的重力。

(3)已知打点计时器所用电源的频率为50 Hz，小车运动过程中所得到的纸带的一部分如图所示，图中标出了五个连续的打点之间的距离。物块下滑时的加速度a=________m/s2(结果保留三位有效数字)。

(4)该同学在做“保持小车质量一定时，验证小车的加速度与其所受合外力的关系”的分歩实验时，根据测得的数据作出如图所示的a－F图线，所得的图线既不过原点，又不是直线，原因可能是_______。(选填选项前的字母) a A．木板右端所垫物体较低，使得木板的倾角偏小

B．木板右端所垫物体较高，使得木板的倾角偏大

O F C．小车质量远大于钩码的质量

D．钩码的质量不是总远小于小车质量

(5)该同学在分析实验数据的产生原因后，他重新调节了木板的倾斜度，直至能很好补偿打点计时器对小车的阻力及其他阻力。保持砂和砂桶质量不变，改变小车中砝码质量，进行多次测量，得到多组小车的加速度a、质量M实验数据。为了更好地探究加速度与质量的关系，最好在坐标纸上画出_______和_______的关系图线。

向能力拓展

提问：除了用例1中的方案来测量合外力之外，还有没有其他测量合外力的方案？

例2、(湖北省模拟题)用如图所示的实验装置可以探究“在质量不变的情况下，加速度与合外力成正比”．小车上固定一个盒子，盒子内盛有沙子，小车的总质量(包括车、盒子及盒内沙子)记为M，沙桶的总质量(包括桶以及桶内沙子)记为m．

平衡摩擦力后，挂上沙桶，从盒子中取出一些沙子，装入沙桶中，称量并记录沙桶的总重力mg，将该力视为合外力F，对应的加速度a则从打点纸带中计算得到．多

次改变合外力F的大小，每次都会得到一个相应的加速度．以合外力F为横轴、加速度a为纵轴画出a﹣F图象，图线是过原点的直线．

(1)a﹣F图象斜率的物理意义是_____________。

(2)实验中把沙桶的总重力mg当作合外力F，沙桶的总质量m和小车的总质量M是否需要满足M>>m的关系：_________(填“需要”或“不需要”)。

思路：

除了上面的方法外，还可以利用其他方法来平衡摩擦力，测量对象受到的合外力。

例3、(浙江省模拟题)某实验小组在“探究加速度与物体受力的关系”实验中，设计出如下的实验方案，其实验装置如图所示．已知小车质量M=214.6g，砝码盘质量m0=7.8g，所使用的打点计时器交流电频率f=50Hz。其实验步骤是：

A．按图中所示安装好实验装置；

B．调节长木板的倾角，轻推小车后，使小车能沿长木板向下做匀速运动；

C．取下细绳和砝码盘，记下砝码盘中砝码的质量m；

D．将小车置于打点计时器旁，先接通电源，再放开小车，打出一条纸带，由纸带求得小车的加速度a；

E．重新挂上细绳和砝码盘，改变砝码盘中砝码的质量，重复B－D步骤，求得小车在不同合外力F作用下的加速度．

回答下列问题：

(1)按上述方案做实验，是否要求砝码和砝码盘的总质量远小于小车的质量？________(填“是”或“否”)．

(2)某同学将有关测量数据填入他所设计的如下表格中

次数

砝码盘中砝码的重力F/N

小车的加速度a/(m·s2)

－1

0.10

0.88

2

0.20

1.44

3

0.29

1.84

4

0.39

2.38

5 0.49 2.89 他根据表中的数据画出a－F图象造成图线不过坐标原点的一条最主要原因是___________________，从该图线延长线与横轴的交点可求出的物理量是____________________，其大小为____________．

练习、用如图所示的装置探究加速度与力的关系，带滑轮的长木板和弹簧测力计均水平固定．

(1)实验时，一定要进行的操作是(

) A．小车靠近打点计时器，先接通电源，再释放小车，打出一条纸带，同时记录弹簧测力计的示数

B．改变砂和砂桶质量，打出几条纸带

C．用天平测出砂和砂桶的质量

D．为了减小误差，实验中一定要保证砂和砂桶的质量远小于小车的质量

(2)以弹簧测力计的示数F为横坐标，以加速度a为纵坐标，画出的a-F图象可能正确的是(

)

(3)若给出的a-F图象的斜率为k，则小车的质量为________．

将思路总结

明确实验目的：____________________________________________________。

确定研究对象：____________________________________________________。

选择测量方法：____________________________________________________。

测量加速度a：________________________________________________。

测量合外力F：________________________________________________。

处理实验数据：____________________________________________________。

分析实验结果：____________________________________________________。