2. 探究加速度与力、质量的关系课程导入

实验：探究加速度与力、质量的关系

教学目标

知识与技能

1.学会用控制变量法研究物理规律. 12.会测量加速度、力和质量，能作出物体运动的a－F、a－m图象. 过程与方法：通过实验探究加速度与力、质量的定量关系．

情感态度与价值观：培养学生的探索、质疑精神。

1重点：.会测量加速度、力和质量，能作出物体运动的a－F、a－m图象. 难点：通过实验探究加速度与力、质量的定量关系

方法：实验探究法

一、实验器材

小车、砝码、小桶、砂、细线、一端附有定滑轮的长木板、垫木、打点计时器、交流电源、纸带、刻度尺、天平．

二、实验原理

实验的基本思想——控制变量法

1．保持研究对象即小车的质量不变，改变小桶内砂的质量，即改变作用力，测出小车的对应加速度，验证加速度是否正比于作用力．

2．保持小桶中砂的质量不变，即保持作用力不变，改变研究对象的质量，测出对应不同质量的加速度，验证加速度是否反比于质量．

一、实验方案的设计

1．三个物理量的测量方法——近似法

本实验的研究对象：放在长木板上的小车在拉力的作用下做匀加速直线运动．(装置如图1所示)．

图1 (1)小车质量的测量

利用天平测出，在小车上增减砝码可改变小车的质量．

(2)拉力的测量

当小桶和砂的质量远小于小车的质量时，可以认为小桶和砂的重力近似等于对小车的拉力，即F≈mg. (3)加速度的测量：逐差法．

2．实验数据的处理方法——图象法、“化曲为直”法

(1)研究加速度a和力F的关系

以加速度a为纵坐标，以力F为横坐标，根据测量数据描点，然后作出图象，如图2所示，若图象是一条通过原点的直线，就能说明a与F成正比．

图2 (2)研究加速度a与物体质量m的关系

如图3甲所示，因为a－m图象是曲线，检查a－m图象是不是双曲线，就能判断它们之间1是不是反比例关系，但检查这条曲线是不是双曲线，相当困难．若a和m成反比，则a与m11必成正比．我们采取“化曲为直”的方法，以a为纵坐标，以m为横坐标，作出a－m图

11象，若a－m图象是一条直线，如图乙所示，说明a与m成正比，即a与m成反比．

图3 二、实验步骤

1．用天平测出小车的质量M，并把数值记录下来．

2．按图4所示的装置把实验器材安装好．

图4 3．平衡摩擦力：在长木板不带定滑轮的一端下面垫一木块，多次移动木块位置，直到轻推小车，使小车在斜面上运动时可保持匀速直线运动为止．

4．在小桶里放入适量的砂，在小车上加放适量的砝码，用天平测出小桶和砂的质量m，并记录下来．接通电源，放开小车，待打点计时器在纸带上打好点后取下纸带．

5．保持小车的质量不变，改变砂和小桶的质量，按步骤4再做5次实验．

6．在每条纸带上选取一段比较理想的部分，算出每条纸带对应的加速度的值并记录在表格的相应位置. 次数

小车加速度

a/(m·s2)

－1

2

3

4

5

6

砂和小桶的

质量m/kg

拉力F/N

7.用纵坐标表示加速度，横坐标表示作用力，根据实验结果画出小车运动的a－F图象，从而得出a－F的关系．

8．保持砂和小桶的质量不变，在小车上加放砝码，重复上面的实验，求出相应的加速1度，并设计表格如下．根据实验结果画出小车运动的a－M图象，从而得出a－M的关系. 次数

小车加速度

a/(m·s)

小车质量M/kg

1－M/kg1

9.整理实验器材，结束实验．

三、注意事项

1．实验中应先接通电源后释放小车．

2．在平衡摩擦力时，不要悬挂小桶，但小车应连着纸带且接通电源．用手轻轻地给小车一个初速度，如果在纸带上打出的点的间隔均匀，表明小车受到的阻力跟它受到的重力沿斜面向下的分力平衡．

3．改变砂的质量过程中，要始终保证砂桶(包括砂)的质量远小于小车的质量．

4．作图时应使所作的直线通过尽可能多的点，不在直线上的点也要尽可能的分布在直－21

2

3

4

5

6

线的两侧，但若遇到个别偏离较远的点可舍去．

某实验小组利用图5所示的装置探究加速度与力、质量的关系．

图5 (1)下列做法正确的是________(填字母代号)．

A．调节滑轮的高度，使牵引木块的细绳与长木板保持平行

B．在调节木板倾斜度平衡木块受到的滑动摩擦力时，将装有砝码的砝码桶通过定滑轮拴在木块上

C．实验时，先放开木块再接通打点计时器的电源

D．通过增减木块上的砝码改变质量时，不需要重新调节木板倾斜度

(2)图6是甲、乙两同学根据实验数据画出的图象．

图6 形成图线甲的原因是______________________________．

形成图线乙的原因是______________________________．

解析

(1)实验中细绳要与长木板保持平行，A项正确；平衡摩擦力时不能将装有砝码的砝码桶通过细绳绕过滑轮拴在木块上，这样无法平衡摩擦力，B项错误；实验时应先接通打点计时器的电源再放开木块，C项错误；平衡摩擦力后，改变木块上的砝码的质量后不再需要重新平衡摩擦力，D项正确．

(2)图线甲中F＝0时，木块就有了加速度，可见是长木板倾角过大．图线乙中，有了拉力时，加速度仍为0，说明未平衡摩擦力或长木板倾角过小．

答案

(1)AD

(2)长木板倾角过大

未平衡摩擦力或长木板倾角过小