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人教版高中物理必修1教学设计
课题 实验：探究加速度与力、质量的关系 单元 4 学科 物理 年级 高一
教材分析 本节选自人教版高中物理教材第四章第2节《实验：探究加速度与力、质量的关系》牛顿第二定律是动力学的核心规律，是本章重点和中心内容，而探究加速度与力和质量的关系是学习下一节的牛顿第二定律有铺垫作用。也是力学和运动学中间重要桥梁的实验验证。实验中计算加速的是关键，其中计算加速度的方法有：（1）测量加速度的方案：①方法1：小车做初速度为0 的匀加速直线运动，直接测量小车移动的位移x和发生这段位移所用的时间t，a=2x/t2 计算出加速度a。②方法2： 将打点计时器的纸带连在小车上，根据纸带上打出的点来测量加速度。③方法3：让两个做初速度为0的匀加速直线运动的物体的运动时间t相等，那么由 a=2x/t2可知，它们的位移之比就等于加速度之比，（2）提供并且测量物体所受的外力的方案：由于我们上述测量加速度的方案只能适用于匀变速直线运动，所以我们必须给物体提供一个恒定的外力，并且要测量这个外力。但测力有一定困难，还需平衡摩擦，教材的参考案例提供的外力比较容易测量。
教学目标与核心素养 一、知识与技能1. 学会通过实验探究物体加速度与力、质量的关系的基本步骤和注意事项。2. 在实验中掌握打点计时器的用法。3. 对自己的实验结果进行合理的推测并归纳分析，得出结论。二、过程与方法（1）在处理实验问题时建立采用控制变量的方法对a、F、m三个物理量间的数量关系进行定量研究和根据实验数据，归纳、推理实验结论定量分析的物理观念。（2）理解实验思路的合理性，以及用图象处理实验数据的有效性三，情感态度价值观通过探究实验，培养实事求是、尊重客观规律的科学态度；学会与他人合作、交流，具有团队意识和团队精神。
重点 1. 控制变量法的使用2. 如何提出实验方案，并使实验方案合理可行3. 实验数据的分析和处理
难点 1. 控制变量法的使用2. 误差来源分析，并归纳注意事项
教学过程
教学环节 教师活动 学生活动 设计意图
导入新课 知识回顾咱们第一和二章学习了运动，第三章学习了力学，那这第四章是运动和力的关系。那么运动和理由什么样的关系呢？下面上一节学习的牛顿运动定律开始学习。牛顿第一定律的内容是什么？教师总结并强调：一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态，除非作用在它上面的力迫使他改变这种状态。可见力是改变物体运动状态的原因，通过惯性定律可知，质量大的物体运动状态不容易改变。所以加速度与力、质量之间必然存在一定的关系。在某种角度，牛顿第一运动定律解释了某物体不受力时的运动状态（静止或匀速直线运动），那么某物体受到力会做怎么运动呢？下面我们我们通过实验分别从两方面来探究加速度与力、质量之间的定量关系： 加速度与力的关系；② 加速度与质量的关系。 学生回答1、牛顿第一定律的内容和惯性与质量的关系 为了说明加速度与力、质量之间的定量关系做铺垫，明白本节所要研究的内容。
讲授新课 一、实验：探究加速度与力、质量的关系1、实验目的：:定量分析a、F、m的关系。2、实验方法：控制变量法例如：咱们研究速度这个概念时，（1）相同时间内比较谁的唯一大，就是谁的速度大； （2）相同位移，完成这段位移谁的用时少，那谁的速度快。位移和时间两个物理量会影响速度的大小控制时间，研究位移和速度的关系控制位移，研究时间与速度的关系3、实验思路将小车置于水平木板上，通过滑轮与槽码相连。小车可以在槽码的牵引下运动。出示图片（1）加速度与力的关系保持物体的质量不变，测量不同力下的加速度，分析加速度与力的关系。（2）加速度与质量的关系保持物体受力不变，测量不同质量下的加速度，分析加速度与质量的关系。出示动画：探究加速度与力、质量的关系4、物理量的测量本实验需要测量的物理量有三个：A．物体的质量mB．物体所受的作用力F C．物体运动的加速度a。（1）A．质量的测量 质量可以用天平测量。为了改变小车的质量，可以在小车中增减砝码的数量。 （2）加速度的测量 ①方法1：让小车做匀加速直线运动（初速度为零），测量小车移动的位移x和发生这段位移所用的时间t，a=2x/t2 计算出加速度a。②方法2： 将打点计时器的纸带连在小车上，根据纸带上打出的点来测量加速度。③方法3：让两个做初速度为0的匀加速直线运动的物体的运动时间t相等，那么由 a=2x/t2 可知，它们的位移之比就等于加速度之比，即：这样，测量加速度就转换成测量位移了。（2）力的测量现实中，仅受一个力作用的物体几乎不存在，所以实验中作用力F的含义是物体所受的合力。那么，如何测小车所受合外力F合？ 我们通过下面具体实验来说明。二、实验设计实验设计1：用阻力补偿法探究加速度与力、质量的关系1、实验器材：小车、打点计时器、纸带、一端带滑轮的长木板、细线、砝码、钩码、刻度尺、天平。2、实验步骤（1）用天平测出小车的质量；（2）按图装好实验器材，平衡摩擦力。（3）控制小车质量不变，用细线将钩码与小车相连，打开打点计时器，释放小车，测出一组数据。（4）保持小车上的砝码个数不变,改变钩码质量，并测量得F （钩码质量远小于小车质量），多测几组数据。注意：只有在钩码质量远小于小车质量时，线的拉力近似等于钩码的重力。(5)控制钩码质量不变，改变小车质量，再测几组数据填入表中。(6)分析每条纸带，测量并计算出加速度的值；(7)作a－F关系图象，并由图象确定a－F关系。思考讨论：为什么平衡小车摩擦力？怎样平衡小车的摩擦力？我们研究合力，质量和加速度关系时砝码重力就代表小车受到的合力，所以小车自由下落过程中匀速直线运动才能保证它是处于不受力状态，这样才能保证砝码重力就是汽车受到的外力。在长木板的不带定滑轮的一端下面垫上一块薄木板，反复移动薄木板的位置，直至小车在斜面上运动时以保持匀速运动状态，这样小车所受合力为零，平衡了小车的摩擦力。小车受到的摩擦力恰好与小车所受的重力在斜面方向上的分力平衡。4、进行实验表1：小车质量一定拉力F拉力F0.100.200.300.400.50加速度a0.150.310.430.590.76思考：如何更直观地处理数据？以a为纵坐标、F为横坐标建立直角坐标系。根据各组实验数据在坐标纸上描点，观察图像。这些点在一条过原点的直线附近，说明加速度a 与拉力F 成正比。表2：小车所受的拉力一定质量 m0.4000.5000.7501.0001.200加速度 a0.8610.6920.4700.3520.290质量2.502.001.331.000.83在相同拉力作用下，质量m 越大，加速度a 越小。我们很难直观看出图线是否为双曲线，那么，怎样判断a 与 m 成不成反比呢？如果a-m图像是双曲线，a 与 m 成反比，也就是a与1/m成正比。如图的图线为过原点的直线，所以在相同拉力作用下a与1/m成正比,即：a 与 m 成反比注意事项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任何物体。3．改变钩码的质量过程中，要始终保证钩码质量远小于小车质量时，线的拉力近似等于钩码的重力。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线的两侧，但若遇到个别偏离较远的点可舍去。科学方法 控制变量控制变量的方法是指在研究和解决问题的过程中，对影响事物变化规律的独立因素加以人为控制，使其中只有一个因素按照特定的要求发生变化，而其他因素保持不变，以利于寻找事物发展变化的规律的方法。本节在探究加速度与力、质量之间的关系时，就采用了控制变量的方法，它是科学研究中常用的一种方法。课堂练习1．利用如图所示的装置探究加速度与力、质量的关系，下列说法正确的是（　　）A．保持小车所受拉力不变，只改变小车的质量，就可以探究加速度与力、质量的关系B．保持小车质量不变，只改变小车的拉力，就可以探究加速度与力、质量的关系C．先保持小车所受拉力不变，探究加速度与力的关系；再保持小车质量不变，探究加速度与质量的关系，最后归纳出加速度与力、质量的关系D．先保持小车质量不变，探究加速度与力的关系；再保持小车所受拉力不变，探究加速度与质量的关系，最后归纳出加速度与力、质量的关系【答案】D【详解】A. 保持小车所受拉力不变，只改变小车的质量，只能探究加速度与质量的关系，故A错误；B. 保持小车质量不变，只改变小车的拉力，只能探究加速度与力的关系，故B错误；CD. 先保持小车质量不变，探究加速度与力的关系；再保持小车所受拉力不变，探究加速度与质量的关系，最后归纳出加速度与力、质量的关系，这是利用控制变量法研究加速度与力和质量的关系，故C错误，D正确。故选D。2．如图所示是某同学探究加速度与力的关系的实验装置。他在气垫导轨上安装了一个光电门B，滑块上固定一宽度为d的遮光条，滑块用细线绕过气垫导轨左端的定滑轮与力传感器相连，传感器下方悬挂钩码，每次滑块都从A处由静止释放。 (1)下列不必要的一项实验要求是_____（请填写选项前对应的字母）。A．应使A位置与光电门间的距离适当大些B．应将气垫导轨调节水平C．应使细线与气垫导轨平行D．应使滑块质量远大于钩码和力传感器的总质量(2)实验时，将滑块从A位置由静止释放，由数字计时器读出遮光条通过光电门B的时间t，若要得到滑块的加速度，还需要测量的物理量是_____。【答案】D A位置到光电门的距离L 【详解】(1)[1]A．位置与光电门间的距离适当大些可以减小测量误差，故A正确；B．应将气垫导轨调节水平，使细线对滑块的拉力等于滑块受到的合力，故B正确；C．应使细线与气垫导轨平行，从而使细线对滑块的拉力等于滑块受到的合力，故C正确；D．细线对滑块的拉力可以直接通过力传感器测量，不需要满足滑块的质量远大于钩码和力传感器的总质量这一条件，故D错误。故选D。(2)[2]根据匀变速直线运动的规律，滑块经过光电门时的瞬时速度可近似认为是滑块经过光电门的平均速度 ，根据 ，若要得到滑块的加速度，还需要测量的物理量是A位置到光电门的距离L。3、．用如图所示的装置研究在作用力 一定时，小车的加速度 与小车质量 （含砝码）的关系，某位同学设计的实验步骤如下：A．用天平称出小车和小桶及打点计时器其中所装砂子的质量；B．按图所示装好实验器材；C．把轻绳系在小车上并绕过定滑轮悬挂小桶；D．将电磁打点计时器接在电压为6 V的蓄电池上，接通电源，放开小车，打点计时器在纸带上打下一系列点，并在纸带上标明小车质量；E.保持小桶及其中砂子的质量不变，增加小车上砝码的个数，并记录每次增加砝码后小车和砝码的总质量 ，重复上述实验；F.分析每条纸带，测量并计算出加速度的值；G.作出 图像，并由图像确定 与 的关系．（1）该同学漏掉的重要实验步骤是_______，该步骤应排在步骤_______后.（2）在上述步骤中，有错误的是_______，应把_______改为_______．（3）在上述步骤中，不恰当的是_______，应把_______改为_______．【答案】平衡摩擦力 B 步骤D 电压为6 V的蓄电池 6 V以下的交流学生电源 步骤G 图像 图像 4.如图所示是某同学探究加速度与力、质量的关系时，已接通电源正要释放纸带时的情况，请你指出该同学的五个错误： (1)电源________；(2)电磁打点计时器位置________；(3)滑轮位置________；(4)小车位置________；(5)长木板________________．【答案】应用6 V交流电源 应靠右端 应使拉线水平 应靠近打点计时器 应垫高右端以平衡摩擦力 5．在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中，渗透了研究问题的多种科学方法。（以下各题均选填“理想实验法”“图像法”“阻力补偿法”“化曲为直法”“控制变量法”或“近似法”）(1)对阻力的处理：_____。(2)实验设计思路：_____。(3)对小车所受合力的简化：_____，即当小车质量M车 m槽时，细绳对小车的拉力大小近似等于所挂槽码的重力m槽g。(4)实验数据处理的科学方法：_____。(5)由 图像转化为 图像，所用的科学方法：_____。【答案】阻力补偿法 控制变量法 近似法 图像法 化曲为直法 学生阅读课文说出实验目的、实验思路、实验方法。学生观看动画阅读课文理解掌握实验中需要测量哪些物理量阅读课文掌握加速度的测量的方法观察图片在理解的基础上说出实验器材根据实验步骤进行实验操作学生思考讨论：怎样平衡小车的摩擦力？学生记录实验数据作图并总结实验结论学生记忆注意事项观察图片在理解的基础上说出实验器材根据实验步骤进行实验操作学生记录实验数据作图并总结实验结论阅读课文理解控制变量的意思学生练习 锻炼学生的自主学习能力。对加速度、力和质量之间的关系有一个定性了解为下面实验的顺利进行做铺垫锻炼学生的观察理解能力锻炼学生的动手操作能力掌握平衡摩擦力的方法锻炼学生的处理数据的能力和归纳总结能力。锻炼学生的记忆能力掌握实验中的细节锻炼学生的观察理解能力锻炼学生的动手操作能力锻炼学生的处理数据的能力和归纳总结能力。锻炼学生自主学习的能力巩固本节知识
课堂小结 1、实验目的：:定量分析a、F、m的关系。2、实验方法：控制变量法3、实验思路（1）保持物体的质量不变，研究加速度与力的关系。（2）保持物体受力不变，研究加速度与质量的关系。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线的两侧，但若遇到个别偏离较远的点可舍去。 梳理自己本节所学知识进行交流 根据学生表述，查漏补缺，并有针对性地进行讲解补充。
板书 一、实验：探究加速度与力、质量的关系1、实验目的：:定量分析a、F、m的关系。2、实验方法：控制变量法3、实验思路（1）保持物体的质量不变，测量不同力下的加速度。（2）保持物体受力不变，测量不同质量下的加速度。二、实验设计方案1、实验设计1：用阻力补偿法探究加速度与力、质量的关系3、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线的两侧，但若遇到个别偏离较远的点可舍去。
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4.2实验：探究加速度与力、质量的关系
人教版必修一 一年级上
新知导入
知识回顾
咱们第一和二章学习了运动学
第三章学习了力学，
那这第四章是运动学和力学的关系。
那么运动学和力学有什么样的关系呢？下面上一节学习的牛顿运动定律开始学习。
新知导入
知识回顾
1、牛顿第一定律的内容是什么？
一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态，除非作用在它上面的力迫使他改变这种状态。
可见力是改变物体运动状态的原因，通过惯性定律可知，质量大的物体运动状态不容易改变。所以加速度与力、质量之间必然存在一定的关系。
在某种角度，牛顿第一运动定律解释了某物体不受力时的运动状态（静止或匀速直线运动）。
那么某物体受到力会做怎么运动呢？
新知导入
下面我们我们通过实验分别从两方面来探究加速度与力、质量之间的定量关系：
① 加速度与力的关系；
② 加速度与质量的关系
新知导入
新知讲解
1、实验目的：定量分析a、F、m的关系。
2、实验方法：控制变量法
例如：咱们研究速度这个概念时，（1）相同时间内比较谁的唯一大，就是谁的速度大； （2）相同位移，完成这段位移谁的用时少，那谁的速度快。位移和时间两个物理量会影响速度的大小
（1） 控制时间，研究位移和速度的关系
（2） 控制位移，研究时间与速度的关系
一、实验：探究加速度与力、质量的关系
新知讲解
3、实验思路
将小车置于水平木板上，通过滑轮与槽码相连。小车可以在槽码的牵引下运动。
新知讲解
（1）加速度与力的关系
保持物体的质量不变，测量不同力下的加速度，分析加速度与力的关系。
（2）加速度与质量的关系
保持物体受力不变，测量不同质量下的加速度，分析加速度与质量的关系。
探究加速度与力、质量的关系
新知讲解
4、物理量的测量
本实验需要测量的物理量有三个：
A.物体的质量m
B.物体所受的作用力F
C.物体运动的加速度a。
新知讲解
A.质量的测量
质量可以用天平测量。为了改变小车的质量，可以在小车中增减砝码的数量。
新知讲解
（2）加速度的测量
②方法2： 将打点计时器的纸带连在小车上，根据纸带上打出的点来测量加速度。
①方法1：小车做初速度为0 的匀加速直线运动，直接测量小车移动的位移x和发生这段位移所用的时间t， 计算出加速度a。
③方法3：让两个做初速度为0的匀加速直线运动的物体的运动时间t相等，那么由 可知，它们的位移之比就等于加速度之比，即：
新知讲解
这样，测量加速度就转换成测量位移了。
（2）力的测量
现实中，仅受一个力作用的物体几乎不存在，所以实验中作用力F的含义是物体所受的合力。
那么，如何测小车所受合外力F合？
我们通过下面具体实验来说明。
新知讲解
实验设计1：用阻力补偿法探究加速度与力、质量的关系
1、实验器材：小车、打点计时器、纸带、一端带滑轮的长木板、细线、砝码、钩码、刻度尺、天平。
电源插头
纸带
新知讲解
2、实验步骤
（1）用天平测出小车的质量；
（2）按图装好实验器材，平衡摩擦力。
（3）控制小车质量不变，用细线将钩码与小车相连，打开打点计时器，释放小车，测出一组数据。
（4）保持小车上的砝码个数不变,改变钩码质量，并测量得F （钩码质量远小于小车质量），多测几组数据。
新知讲解
注意：只有在钩码质量远小于小车质量时，线的拉力近似等于钩码的重力。
(5)控制钩码质量不变，改变小车质量，再测几组数据填入表中。
(6)分析每条纸带，测量并计算出加速度的值；
(7)作a－F关系图象，并由图象确定a－F关系。
新知讲解
思考讨论：为什么平衡小车摩擦力？？
我们研究合力，质量和加速度关系时砝码重力就代表小车受到的合力，所以小车在长板上予以初速度下落过程中匀速直线运动才能保证它是处于不受力状态，这样才能保证砝码重力就是汽车受到的外力。
小车受到的摩擦力恰好与小车所受的重力在斜面方向上的分力平衡。
新知讲解
思考讨论：怎样平衡小车的摩擦力？
在长木板的不带定滑轮的一端下面垫上一块薄木板，反复移动薄木板的位置，直至小车在斜面上运动时以保持匀速运动状态，这样小车所受合力为零，平衡了小车的摩擦力。
小车受到的摩擦力恰好与小车所受的重力在斜面方向上的分力平衡。
新知讲解
4、进行实验
表1：小车质量一定拉力F
0.10
0.20
0.30
0.40
0.50
0.15
0.31
0.43
0.59
0.76
拉力F
加速度a
思考：如何更直观地处理数据？
以a为纵坐标、F为横坐标建立直角坐标系。根据各组实验数据在坐标纸上描点，观察图像。
新知讲解
F/N
这些点在一条过原点的直线附近，说明加速度a 与拉力F 成正比。
新知讲解
表2：小车所受的拉力一定
加速度 a
质量 m
质量
0.400
0.500
0.750
1.000
1.200
0.861
0.692
0.470
0.352
0.290
2.50
2.00
1.33
1.00
0.83
新知讲解
a/m·s -2
m
在相同拉力作用下，质量m 越大，加速度a 越小。
我们很难直观看出图线是否为双曲线，那么，怎样判断a 与 m 成不成反比呢？
如果a-m图像是双曲线，a 与 m 成反比，也就是a与
成正比。
新知讲解
如图的图线为过原点的直线，所以在相同拉力作用下a与 成正比,即：a 与 m 成反比
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任何物体。
3．改变钩码的质量过程中，要始终保证钩码质量远小于小车质量时，线的拉力近似等于钩码的重力。
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线的两侧，但若遇到个别偏离较远的点可舍去。
新知讲解
新知讲解
科学方法
控制变量
控制变量的方法是指在研究和解决问题的过程中，对影响事物变化规律的独立因素加以人为控制，使其中只有一个因素按照特定的要求发生变化，而其他因素保持不变，以利于寻找事物发展变化的规律的方法。
本节在探究加速度与力、质量之间的关系时，就采用了控制变量的方法，它是科学研究中常用的一种方法。
1．利用如图所示的装置探究加速度与力、质量的关系，下列说法正确的是（　）
A．保持小车所受拉力不变，只改变小车的质量，就可以探究加速度与力、质量的关系
B．保持小车质量不变，只改变小车的拉力，就可以探究加速度与力、质量的关系
课堂练习
1．利用如图所示的装置探究加速度与力、质量的关系，下列说法正确的是（　　）
C．先保持小车所受拉力不变，探究加速度与力的关系；再保持小车质量不变，探究加速度与质量的关系，最后归纳出加速度与力、质量的关系
D．先保持小车质量不变，探究加速度与力的关系；再保持小车所受拉力不变，探究加速度与质量的关系，最后归纳出加速度与力、质量的关系
课堂练习
D
课堂练习
A. 保持小车所受拉力不变，只改变小车的质量，只能探究加速度与质量的关系，故A错误；
B. 保持小车质量不变，只改变小车的拉力，只能探究加速度与力的关系，故B错误；
CD. 先保持小车质量不变，探究加速度与力的关系；再保持小车所受拉力不变，探究加速度与质量的关系，最后归纳出加速度与力、质量的关系，这是利用控制变量法研究加速度与力和质量的关系，故C错误，D正确。
22．如图所示是某同学探究加速度与力的关系的实验装置。他在气垫导轨上安装了一个光电门B，滑块上固定一宽度为d的遮光条，滑块用细线绕过气垫导轨左端的定滑轮与力传感器相连，传感器下方悬挂钩码，每次滑块都从A处由静止释放。
(1)下列不必要的一项实验要求是_____（请填写选项前对应的字母）。
课堂练习
课堂练习
22．如图所示是某同学探究加速度与力的关系的实验装置。他在气垫导轨上安装了一个光电门B，滑块上固定一宽度为d的遮光条，滑块用细线绕过气垫导轨左端的定滑轮与力传感器相连，传感器下方悬挂钩码，每次滑块都从A处由静止释放。
(1)下列不必要的一项实验要求是_____（请填写选项前对应的字母）。
A．应使A位置与光电门间的距离适当大些
B．应将气垫导轨调节水平 C．应使细线与气垫导轨平行
D．应使滑块质量远大于钩码和力传感器的总质量
D
课堂练习
22．如图所示是某同学探究加速度与力的关系的实验装置。他在气垫导轨上安装了一个光电门B，滑块上固定一宽度为d的遮光条，滑块用细线绕过气垫导轨左端的定滑轮与力传感器相连，传感器下方悬挂钩码，每次滑块都从A处由静止释放。
(2)实验时，将滑块从A位置由静止释放，由数字计时器读出遮光条通过光电门B的时间t，若要得到滑块的加速度，还需要测量的物理量是_ _ _ __。
A位置到光电门的距离L
课堂练习
3、用如图所示的装置研究在作用力 一定时，小车的加速度 与小车质量 （含砝码）的关系，某位同学设计的实验步骤如下：
A．用天平称出小车和小桶及打点计时器其中所装砂子的质量；
B．按图所示装好实验器材；
C．把轻绳系在小车上并绕过定滑轮悬挂小桶；
D．将电磁打点计时器接在电压为6 V的蓄电池上，接通电源，放开小车，打点计时器在纸带上打下一系列点，并在纸带上标明小车质量；
课堂练习
E.保持小桶及其中砂子的质量不变，增加小车上砝码的个数，并记录每次增加砝码后小车和砝码的总质量 ，重复上述实验；
F.分析每条纸带，测量并计算出加速度的值；
G.作出 图像，并由图像确定 与 的关系．
课堂练习
（1）该同学漏掉的重要实验步骤是_______，该步骤应排在步骤_______后.
（2）在上述步骤中，有错误的是_______，应把_______改为_______．
（3）在上述步骤中，不恰当的是_______，应把______改为_______．
平衡摩擦力
B
步骤D
6V的蓄电池
6V以下交流电
步骤G
a-m图像
a-1/m图像
课堂练习
4、如图所示是某同学探究加速度与力、质量的关系时，已接通电源正要释放纸带时的情况，请你指出该同学的五个错误：
(1)电源________；
(2)电磁打点计时器位置________；
(3)滑轮位置________；
(4)小车位置________；
(5)长木板________________．
用交流电
应靠右端
线拉平
靠近打点计时器
垫高右端平衡摩擦力
拓展提高
5．在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中，渗透了研究问题的多种科学方法。（选填“理想实验法”“图像法”“阻力补偿法”“化曲为直法”“控制变量法”或“近似法”）
(1)对阻力的处理：_____。
(2)实验设计思路：_____。
(3)对小车所受合力的简化：_____，即当小车质量M车 m槽时，细绳对小车的拉力大小近似等于所挂槽码的重力m槽g。
(4)实验数据处理的科学方法：_____。
(5)由 图像转化为 图像，所用的科学方法：_____。
阻力补偿法
控制变量法
近似法
图像法
化曲为直
课堂总结
1、实验目的：:定量分析a、F、m的关系。
2、实验方法：控制变量法
3、实验思路
（1）保持物体的质量不变，研究加速度与力的关系。
（2）保持物体受力不变，研究加速度与质量的关系。
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线的两侧，但若遇到个别偏离较远的点可舍去。
板书设计
一、实验：探究加速度与力、质量的关系
1、实验目的：:定量分析a、F、m的关系。
2、实验方法：控制变量法
3、实验思路
（1）保持物体的质量不变，测量不同力下的加速度。
（2）保持物体受力不变，测量不同质量下的加速度。
板书设计
二、实验设计方案
1、实验设计1：用阻力补偿法探究加速度与力、质量的关系
2、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线的两侧，但若遇到个别偏离较远的点可舍去。
作业布置
课后练习和同步练习
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4.2 探究加速度与质量，合力的关系
一、单选题
1．物理学是研究物质运动最一般规律和物质基本结构的学科，在物理学的探索和发现过程中，科学家们运用了许多研究方法如：理想实验法、控制变量法、极限思想法、类比法、科学假说法和建立物理模型法等。以下关于物理学研究方法的叙述中正确的是
A．在不需要考虑物体本身的大小和形状时，用质点来代替物体的方法是微元法
B．在探究加速度、力和质量三者之间的关系时，先保持质量不变研究加速度与力的关系，再保持力不变研究加速度与质量的关系，这里运用了假设法
C．在推导匀变速直线运动位移公式时，把整个运动过程划分成很多小段，每一小段近似看作匀速直线运动，再把各小段位移相加，这里运用了理想模型法
D．根据速度定义式，当Δt→0时，就可以表示物体在t时刻的瞬时速度，该定义运用了极限思维法
2．在利用打点计时器探究加速度与力、质量关系的实验中，以下做法正确的是（ ）
A．平衡摩擦力时，应将重物用细绳通过定滑轮系在小车上
B．每次改变小车的质量时，不需要重新平衡摩擦力
C．实验时，先放开小车，后接通电源
D．“重物的质量远小于小车的质量”这一条件如不满足，对探究过程也不会产生影响
3．某小组利用如图所示的实验装置做“探究加速度与力、物体质量关系”的实验．实验中平衡摩擦力后，他们还调节木板上定滑轮，使牵引小车的细线与木板平行，这样做的目的是
A．避免小车在运动过程中发生抖动
B．使打点计时器在纸带上打出的点迹清晰
C．保证小车最终能够做匀速直线运动
D．使细线拉力等于小车受到的合力
4．“探究加速度与力、质量的关系”的实验装置如图所示．实验中，为使小车运动时所受的拉力近似等于盘和重物的总重力，则盘和重物的总质量m与小车的质量M应满足的关系是（ ）
A．m远大于M B．m远小于M C．m略大于M D．m略小于M
5．探究加速度与力、质量的关系实验中，以下做法正确的是（）
A．平衡摩擦力的方法是：在长木板的不带滑轮的一端下面垫一块较薄的小木板，反复移动它，直到小车可以保持匀速直线运动状态
B．平衡摩擦力时，应将装砂的小桶用细绳通过定滑轮系在小车上
C．每次给小车加放砝码，由于研究对象质量改变，运动中所受摩擦力发生改变，所以应重新平衡摩揀力
D．由于小车受到的拉力越大，加速度越大，为尽量多测量数据，可以换用大的砂桶，用多装些砂的方法增大拉力，来增大加速度
6．在“探究加速度与力、质量的关系”实验中，某同学在坐标纸上画出四张关系图线。其中作图正确的是（　　）
A． B．
C． D．
二、多选题
7．某班级同学用如图所示的装置验证加速度a和力F、质量m的关系。甲、乙两辆小车放在倾斜轨道上，小车甲上固定一个力传感器，小车乙上固定一个加速度传感器（可以测量乙在任意时刻的加速度大小），力传感器和小车乙之间用一根不可伸长的细线连接，在弹簧拉力的作用下两辆小车一起开始运动，利用两个传感器可以采集记录同一时刻小车乙受到的拉力和加速度的大小。下列关于实验装置和操作的说法中正确的是（ ）
A．轨道倾斜是为平衡小车甲受到的摩擦力 B．轨道倾斜是为平衡小车乙受到的摩擦力
C．在小车乙向下运动过程中均可采集数据 D．只能在小车乙加速运动过程中采集数据
第II卷（非选择题）
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三、实验题
8．在“探究加速度与力的关系”实验中，某同学利用图甲中的力传感器测出细线的拉力，通过改变钩码的个数改变细线拉力。
(1)如图乙所示为实验中得到的一条纸带，相邻计数点间有四个点未标出，打点计时器所接电源的频率为50Hz，则打B点时小车的速度大小为vB=___________m/s，小车的加速度大小a=___________m/s2。
(2)实验中描绘出a—F图像如图丙所示，图像不过原点的原因是___________。
9．如图所示是某同学探究加速度与力的关系的实验装置。他在气垫导轨上安装了一个光电门B，滑块上固定一宽度为d的遮光条，滑块用细线绕过气垫导轨左端的定滑轮与力传感器相连，传感器下方悬挂钩码，每次滑块都从A处由静止释放。
(1)下列不必要的一项实验要求是_____（请填写选项前对应的字母）。
A．应使A位置与光电门间的距离适当大些
B．应将气垫导轨调节水平
C．应使细线与气垫导轨平行
D．应使滑块质量远大于钩码和力传感器的总质量
(2)实验时，将滑块从A位置由静止释放，由数字计时器读出遮光条通过光电门B的时间t，若要得到滑块的加速度，还需要测量的物理量是_____。
10．某同学用图甲所示的实验装置验证牛顿第二定律：
(1)通过实验得到如图乙所示的图象，造成这一结果的原因是：在平衡摩擦力时木板与水平桌面的夹角___________（选填“偏大”或“偏小”）。
(2)该同学在正确平衡摩擦力后重新进行实验，实际小车在运动过程中所受的拉力将__________砝码和盘的总重力（填“大于”、“小于”或“等于”），为了便于探究、减小误差，应使小车质量与砝码和盘的总质量满足___________的条件。
(3)该同学得到如图丙所示的纸带已知打点计时器电源频率为。、、、、、、是纸带上7连续打出的7个点。考虑__________，由此可算出小车的加速度_________（加速度结果保留两位有效数字）。
11．为了探究加速度与力、质量的关系，某同学利用如图所示的实验装置，探究小车质量一定时加速度与合外力之间的关系，图中上下两层水平轨道，细线跨过滑轮并挂上砝码盘．若可将砝码和砝码盘的总重力作为小车所受合力，须满足条件____________________________________________________________________；两小车尾部细线连到控制装置上，实验时通过控制装置使两小车同时开始运动，并同时停止．
该同学测量了两小车的位移为，则__________．
12．某实验小组利用如图甲所示的实验装置来探究当合外力一定时，物体运动的加速度与其质量之间的关系。
(1)已知两个光电门中心之间的距离x=24cm，遮光条的宽度d=0.52cm。该实验小组在做实验时，将滑块从如图所示位置由静止释放，由数字计时器可以读出遮光条通过光电门1的时间Δt1，遮光条通过光电门2的时间Δt2，则滑块经过光电门1时的瞬时速度的表达式v1=_____，滑块经过光电门2时的瞬时速度的表达式v2=_____，则滑块的加速度的表达式a=_____。（以上表达式均用字母表示）
(2)在本次实验中，实验小组通过改变滑块质量总共做了6组实验，得到如表所示的实验数据，通过分析表中数据，你得出的结论是___________。
m/g 250 300 350 400 500 800
a/（m·s-2） 2.02 1.65 1.33 1.25 1.00 0.63
/kg-1 4.00 3.33 2.86 2.50 2.00 1.25
(3)现需通过图像进一步验证你的结论，请利用表格数据，在图乙坐标系中描点并作出相应的图像____________。
参考答案
1．D
【详解】
A中采用了理想模型法；B中采用控制变量法；C中采用了微元法；D中是极限思维法；
故选D.
2．B
【解析】
试题分析：在该实验中，平衡摩擦是靠抬高斜面，并且不能在外界作用力下平衡摩擦力的，所以A说法错误．在平衡摩擦过程中，重力的分力、已知滑动摩擦力是成比例变化的，因此跟质量多少无关，并不比每次都要平衡摩擦力，所以B理解正确．实验正确顺序是先开电源，在释放小车，所以C错误．小车在下滑过程中，但如果时，，操作过程中都是用重物重力充当外力，因此为了保证实验精度，必须要满足，D理解不对，答案为B．
考点：探究加速度与力、质量关系的实验的注意事项
点评：此类题型常常出现，在探究加速度与力、质量关系的实验过程中，需要准备较多，例如平衡摩擦、如何判断是否平衡好了，如何利用控制变量法做实验，如何处理实验数据等．
3．D
【详解】
使牵引小车的细绳与木板平行．这样做的目的是可在平衡摩擦力后使用细绳拉力等于小车受的合力．故选D．
4．B
【详解】
以整体为研究对象，根据牛顿第二定律有：，解得：，以M为研究对象，得绳子的拉力为： ，显然要有F=mg，必有，即只有时才可以认为绳对小车的拉力大小等于盘和盘中砝码的重力．故选B．
【点睛】
本题主要考查了牛顿第二定律的直接应用，注意整体法和隔离法的应用，难度不大，属于基础题．
5．A
【详解】
A．平衡摩擦力的方法是：在长木板的不带滑轮的一端下面垫一块较薄的小木板，反复移动它，直到小车可以保持匀速直线运动状态，故A正确；
B．平衡摩擦力时，应将绳从小车上拿去，轻轻推动小车，小车沿木板运动，通过打点计时器打出来的纸带判断小车是否匀速运动，故B错误；
C．每次改变小车的质量时，小车的重力沿斜面分力和摩擦力仍能抵消，不需要重新平衡摩擦力，故C错误；
D．实验时，如果换用大的砂桶，用多装些砂的方法增大拉力，则由于小车运动较快，可能会使打出来的点很少，不利于数据的采集和处理；同时本实验要求小桶的总质量要远远小于小车的质量，沙筒的质量太大，不一定满足该条件，故D错误。
故选A。
6．A
【详解】
根据牛顿第二定律，则
图线是过原点的直线。
故选A。
7．BD
【详解】
AB．本实验是研究小车乙的加速度a和力F、质量m的关系，所以轨道倾斜是为了平衡小车乙受到的摩擦力，故A错误，B正确。
CD．实验中，只能在小车乙加速运动的过程中采集数据，故C错误，D正确。
故选BD
8．0.416或0.42 1.48或 1.5 没有平衡摩擦力
【详解】
(1)[1]已知打点计时器电源频率为，则纸带上相邻计数点间的时间间隔为：
点对应的速度为：
。
[2]根据可得：
，
小车运动的加速度为：
；
(2)[3]实验时应平衡摩擦力，没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不足，图象在F轴上有截距。
9．D A位置到光电门的距离L
【详解】
(1)[1]A．位置与光电门间的距离适当大些可以减小测量误差，故A正确；
B．应将气垫导轨调节水平，使细线对滑块的拉力等于滑块受到的合力，故B正确；
C．应使细线与气垫导轨平行，从而使细线对滑块的拉力等于滑块受到的合力，故C正确；
D．细线对滑块的拉力可以直接通过力传感器测量，不需要满足滑块的质量远大于钩码和力传感器的总质量这一条件，故D错误。
故选D。
(2)[2]根据匀变速直线运动的规律，滑块经过光电门时的瞬时速度可近似认为是滑块经过光电门的平均速度，根据，若要得到滑块的加速度，还需要测量的物理量是A位置到光电门的距离L。
10．偏大 小于 小车质量M与砝码和盘的总质量m满足的条件 1.80 5.0
【详解】
(1)[1]当拉力F等于0时，小车已经产生力加速度，故原因是平衡摩擦力时平衡摩擦力过大，在平衡摩擦力时木板与水平桌面间的倾角偏大。
(2)[2]小车运动过程中，砝码和盘向下做加速运动处于失重状态，砝码和盘对细线的拉力小于其重力，小车在运动过程中受到的拉力小于砝码和盘的总重力。
[3]对整体分析，根据牛顿第二定律得
解得
则绳子的拉力
当，即砝码和盘的总质量远小于小车和小车上砝码的总质量时，砝码和盘的总重力在数值上近似等于小车运动时受到的拉力，所以为了便于探究、减小误差，应使小车质量M与砝码和盘的总质量m满足的条件。
(3)[4]刻度尺上读出A、D、G三点的位置，可得
[5]计数点间的时间间隔为T，由匀变速直线运动的推论△x=aT2可知，加速度
11．使砝码和砝码盘的总质量远小于小车质量
【详解】
[1]．若可将砝码和砝码盘的总重力作为小车所受合力，绳中拉力约等于砝码和砝码盘的总重力，此时需满足使砝码和砝码盘的总质量远小于小车质量．
[2]．使两小车同时开始运动，并同时停止，两车运动的位移
．
则
12． 当合外力一定时，物体运动的加速度跟物体的质量成反比
【详解】
(1)[1][2][3]遮光条的宽度很小，遮光条通过光电门的时间极短，遮光条在极短时间内的运动可看成匀速运动，故通过两光电门的瞬时速度分别为
v1=
v2=
遮光条从光电门2到光电门1做匀加速直线运动，由
可得
(2)[4]当合外力一定时，在误差允许的范围内，物体质量和加速度的乘积近似相等，所以加速度跟质量成反比。
(3)[5]如图所示。
过关训练

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