2. 探究加速度与力、质量的关系教学设计(第一课时)

《探究加速度与力、质量的关系》

一、实验目的

(1)学会用控制变量法探究物理规律。

(2)探究加速度与力、质量的关系。

二、实验原理 1.影响物体加速度的因素

物体质量相同时，受到的合外力越大，加速度越大；受到的合外力越小，加速度越小。

物体所受合外力一定时，质量大的物体加速度小，质量小的物体加速度大。

2.F与a的求法

F的求法：小车质量越大，则小车所受拉力越接近砝码的重力。

a的求法：在小车上连接纸带，利用打点计时器在纸带上打点记录小车的运动情况，通过测量纸带上的点迹求出加速度的大小。

3.探究法——控制变量法

加速度a和质量m、外力F都有关系。研究它们之间的关系时，先保持质量不变，测量物体在不同的力的作用下的加速度，分析加速度与力的关系；再保持物体所受外力不变，测量不同质量的物体在该力作用下的加速度，分析加速度与质量的关系。这种先控制某些参量不变，研究另两个参量之间变化关系的方法叫控制变量法。 三、实验器材

砝码，一端有定滑轮的长木板，细绳，纸带，导线，夹子，小盘，天平，小车，打点计时器，交流电源，刻度尺。

四、实验步骤 (1)用天平测出小车和小盘(包括其中砝码)的质量分别为M0、m0，并把数值记录下来。

(2)按图3－2－1所示将实验器材安装好(小车上不系绳)。

(3)把长木板无滑轮的一端下面垫一薄木板，以平衡摩擦力。

(4)将小盘通过细绳系在小车上，接通电源放开小车，用纸带记录小车的运动情况；取下纸带并在纸带上标上号码及此时所挂小盘的重力m0g。

(5)保持小车的质量不变，改变小盘(包括其中砝码)的质量重复步骤(4)多做几次实验。每次小车从同一位置释放，并记录好相应纸带。 (6)保持小车所受合力不变，在小车上加砝码，并测出小车和放上砝码后的总质量M1，

接通电源放开小车，用纸带记录小车的运动情况，取下纸带并在纸带上标上号码。 (7)继续在小车上加放砝码，重复步骤(6)，多做几次实验，并记录好相应纸带。

五、数据处理 (1)把小车在不同力作用下产生的加速度填在下表中：

由以上数据画出它的a－F关系图像如图3－2－2所示。

通过a－F关系图像，我们可以得出小车的加速度a与力F成正比。

(2)把不同质量的小车在相同力作用下产生的加速度填在下表中：

由以上数据画出它的a－M图像及a－1M图像，如图3－2－3甲、乙所示。

通过a－M和a－1M关系图像，我们可以得出小车的加速度a与质量M成反比，与质量的倒数1M成正比。

六、注意事项

(1)平衡摩擦力时不要挂重物，整个实验平衡了摩擦力后，不管以后是改变盘和砝码的质量还是改变小车及砝码的质量，都不需要重新平衡摩擦力。

(2)实验中必须满足小车和砝码的质量远大于小盘和砝码的总质量。只有如此，砝码和小盘的总重力才可视为与小车受到的拉力相等。

(3)各纸带上的加速度都应是该纸带上的平均加速度。

(4)作图像时，要使尽可能多的点在所作直线上，不在直线上的点应尽可能地对称分布在所作直线两侧。离直线较远的点是错误数据，可舍去不予考虑。

(5)小车应靠近打点计时器，且先接通电源再放手。

七、误差分析

(1)质量的测量、纸带上打点计时器打点间隔距离的测量、细绳或纸带不与木板平行等都会造成误差。

(2)因实验原理不完善造成误差。本实验中用小盘及砝码的总重力代替小车受到的拉力(实际上小车受到的拉力要小于小盘及砝码的总重力)，存在系统误差。小盘及砝码的总质量越接近小车的质量，误差就越大；反之，小盘及砝码的总质量越小于小车的质量，误差就越小。

(3)平衡摩擦力不准造成误差。